JP2015205463A - Manufacturing method of molded body, manufacturing method of resin pellet, manufacturing method of molded body having plating film, molded body, and resin pellet - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ナノ粒子を含む成形体の製造方法、樹脂ペレットの製造方法、メッキ膜を有する成形体の製造方法に関し、更に、ナノ粒子を含む成形体及び樹脂ペレットに関する。 The present invention relates to a method for producing a molded article containing nanoparticles, a method for producing resin pellets, a method for producing a molded article having a plated film, and further relates to a molded article containing nanoparticles and resin pellets.
単分散のナノ粒子は、量子サイズ効果により半値幅の狭い蛍光を発色する等、特異的な性質を有することから、近年、その合成方法や応用が研究されている。単分散のナノ粒子の合成法方は、CVD(Chemical Vapor Deposition)等の気相法と、ゾルゲル法や水熱合成法の液相法に大別される。気相法は製造コストが高く、単分散している微粒子が得難いという欠点を有する。液相法としては、例えば、特許文献1〜3に開示される方法が報告されている。
Since monodisperse nanoparticles have specific properties such as the development of fluorescence with a narrow half-value width due to the quantum size effect, their synthesis methods and applications have been studied in recent years. Methods for synthesizing monodisperse nanoparticles are roughly classified into vapor phase methods such as CVD (Chemical Vapor Deposition) and liquid phase methods such as sol-gel method and hydrothermal synthesis method. The vapor phase method has the disadvantages of high production costs and difficulty in obtaining monodispersed fine particles. As the liquid phase method, for example, methods disclosed in
特許文献1には、金属粒子源Aとポリマー粒子Bとそれらの接触を阻害する物質Cと溶媒とを混合し、これら混合物を熱処理及び化学反応させることで粒子源Aからナノ粒子の核を生成し、次いでポリマー粒子Bに囲まれた領域において、600℃以上1000℃以下の温度範囲で熱処理するナノ粒子の製造方法が開示されている。特許文献2及び3にも、水溶性ポリマーで被覆された金属ナノ粒子の合成法及びそれに用いる水溶性ポリマーが開示されている。
In
非特許文献1には、水溶性ポリマーで被覆された金属ナノ粒子を高速で合成する手法として、高圧反応場を用いた連続反応法が開示されている。非特許文献1は、白金、ロジウム、パラジウム、金のナノ粒子の製造方法を開示している。非特許文献1によれば、パラジウムナノ粒子の場合、まず、トルエンと、1−プロパノール又はアセトンとから混合溶媒を調製する。そして、原料として、パラジウムアセチルアセトナトパラジウム(II)等の金属前駆体と、ポリビニルピロリドン等の水溶性ポリマーとを調製した混合溶媒に溶解させて20MPaの高圧とし、200℃〜300℃の温度雰囲気に数十秒通過させる。これにより、水溶性ポリマーの被覆された金属ナノ粒子が連続合成される。非特許文献1では、単分散している白金ナノ粒子が合成されているが、パラジウムナノ粒子には、2次凝集が認められ、単分散しているパラジウムナノ粒子は合成されていない。
Non-Patent
一方、樹脂成形体に安価に金属膜を形成する方法として、無電解メッキ法が知られている。更に、メッキ前処理であるエッチング工程を経ずに、樹脂成形体に金属膜を形成する方法として、超臨界二酸化炭素等の加圧二酸化炭素を用いた樹脂成形体の表面改質法の利用が提案されている。本発明者らは、加圧二酸化炭素を用いた表面改質処理を射出成形と同時に行い、樹脂成形体の表面に無電解メッキの触媒となるパラジウム等の金属微粒子を分散させる方法を提案している(特許文献4)。この方法では、表面にパラジウムが偏在化した樹脂成形体に無電解メッキを施すことにより、エッチング工程を経ずに成形体表面にメッキ膜を形成できる。 On the other hand, an electroless plating method is known as a method for forming a metal film on a resin molded body at low cost. Furthermore, as a method for forming a metal film on a resin molded body without undergoing an etching process, which is a pretreatment for plating, use of a surface modification method of the resin molded body using pressurized carbon dioxide such as supercritical carbon dioxide Proposed. The present inventors have proposed a method in which surface modification treatment using pressurized carbon dioxide is performed simultaneously with injection molding, and metal fine particles such as palladium serving as a catalyst for electroless plating are dispersed on the surface of the resin molded body. (Patent Document 4). According to this method, a plating film can be formed on the surface of the molded body without performing an etching step by performing electroless plating on the resin molded body having palladium unevenly distributed on the surface.
しかしながら、本発明者らの検討によれば、加圧二酸化炭素を利用した成形法により成形体内部に分散した金属微粒子は、成形体を構成する樹脂の種類によっては、成形時に樹脂から発生される揮発ガスにより、触媒活性を失活する虞があることが明らかとなった。例えば、該成形方法により、ABS樹脂(アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合体)にパラジウムを分散させた場合、得られた成形体はメッキ反応を示さない場合がある。そこで、ABS樹脂の溶融時に発生するガスを回収し、常温の該ガス雰囲気にパラジウム触媒を分散した成形体を放置する実験を行ったところ、触媒活性が失活することがわかった。 However, according to the study by the present inventors, metal fine particles dispersed inside the molded body by a molding method using pressurized carbon dioxide are generated from the resin during molding depending on the type of resin constituting the molded body. It became clear that there is a possibility that the catalytic activity may be deactivated by the volatile gas. For example, when palladium is dispersed in an ABS resin (acrylonitrile / butadiene / styrene copolymer) by the molding method, the resulting molded body may not exhibit a plating reaction. Thus, an experiment was conducted in which the gas generated when the ABS resin was melted was collected and the molded body in which the palladium catalyst was dispersed in the gas atmosphere at room temperature was left, and it was found that the catalytic activity was deactivated.
本発明は上記課題を解決するものであり、高温の溶融樹脂と接触させても触媒活性が失活しないナノ粒子を含むメッキ可能な成形体の製造法を提供する。 This invention solves the said subject, and provides the manufacturing method of the molded object which can be plated containing the nanoparticle which a catalyst activity does not deactivate even if it contacts with high temperature molten resin.
本発明の第1の態様に従えば、成形体の製造方法であって、親水性ポリマーと第1の溶媒とを含む第1溶液を調製することと、金属塩と第2の溶媒とを含む第2溶液を調製することと、第1の熱可塑性樹脂を可塑化溶融して、溶融樹脂とすることと、前記溶融樹脂に、第1溶液及び第2溶液を加えることにより、前記溶融樹脂内で前記金属塩からナノ粒子を生成することと、前記ナノ粒子を含む前記溶融樹脂を所望の形状に成形することを含む成形体の製造方法が提供される。 According to the first aspect of the present invention, there is provided a method for producing a molded body, comprising preparing a first solution containing a hydrophilic polymer and a first solvent, and comprising a metal salt and a second solvent. Preparing a second solution; plasticizing and melting the first thermoplastic resin to form a molten resin; and adding the first solution and the second solution to the molten resin; A method for producing a molded body comprising producing nanoparticles from the metal salt and molding the molten resin containing the nanoparticles into a desired shape is provided.
本態様において、前記親水性ポリマーが、水溶性ポリマーであってもよく、前記親水性ポリマーが、ポリ(2−ビニルピリジン)、ポリ(3−ビニルピリジン)、ポリ(4−ビニルピリジン)、ポリビニルピロリドン、ポリ(N−ビニルアセトアミド)、ポリ(ビニルアミン)及びポリビニルアルコールからなる群から選択される少なくとも一種であってもよい。また、第1の溶媒が、極性溶媒であってもよく、アルコールであってもよく、前記アルコールが、メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、1−ブタノール、2−ブタノール及び2−メチル−1−プロパノールからなる群から選択される少なくとも一種であってもよい。また、第2の溶媒が、加圧二酸化炭素であってもよく、液体二酸化炭素であってもよい。前記金属塩がパラジウム塩であってもよい。前記第1の熱可塑性樹脂が、親水性セグメントを含むブロック共重合体であってもよく、前記ブロック共重合体の親水性セグメントが、ポリエーテルであってもよい。 In this embodiment, the hydrophilic polymer may be a water-soluble polymer, and the hydrophilic polymer is poly (2-vinylpyridine), poly (3-vinylpyridine), poly (4-vinylpyridine), polyvinyl. It may be at least one selected from the group consisting of pyrrolidone, poly (N-vinylacetamide), poly (vinylamine), and polyvinyl alcohol. The first solvent may be a polar solvent or an alcohol, and the alcohol is methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, 1-butanol, 2-butanol and 2-methyl. It may be at least one selected from the group consisting of -1-propanol. The second solvent may be pressurized carbon dioxide or liquid carbon dioxide. The metal salt may be a palladium salt. The first thermoplastic resin may be a block copolymer including a hydrophilic segment, and the hydrophilic segment of the block copolymer may be a polyether.
本態様は、前記溶融樹脂に、第1溶液及び第2溶液を連続的に加えて混合物とし、第1溶液及び第2溶液を連続的に加える間、前記混合物の圧力を3〜40MPaの第1の圧力に調整してもよい。更に、第1溶液及び第2溶液の圧力を第1の圧力より高い第2の圧力に調整することを含み、第2の圧力に調整した第1溶液及び第2の溶液を前記溶融樹脂に加えてもよい。更に、前記混合物を第1の圧力より低い圧力に調整し、前記混合物から第1の溶媒及び第2の溶媒を分離してもよい。 In this aspect, the first solution and the second solution are continuously added to the molten resin to form a mixture, and the first solution and the second solution are continuously added to the first pressure of 3 to 40 MPa while the first solution and the second solution are continuously added. You may adjust to the pressure of. Further, the method includes adjusting the pressure of the first solution and the second solution to a second pressure higher than the first pressure, and adding the first solution and the second solution adjusted to the second pressure to the molten resin. May be. Further, the mixture may be adjusted to a pressure lower than the first pressure, and the first solvent and the second solvent may be separated from the mixture.
本発明の第2の態様に従えば、樹脂ペレットの製造方法であって、第1の態様の製造方法によって、第1の成形体を製造することと、第1の成形体を裁断することとを含むことを特徴とする樹脂ペレットの製造方法が提供される。 According to the second aspect of the present invention, there is provided a method for producing resin pellets, wherein the first molded body is manufactured by the manufacturing method of the first aspect, and the first molded body is cut. A method for producing resin pellets is provided.
本発明の第3の態様に従えば、成形体の製造方法であって、第3の態様の樹脂ペレットの製造方法により、樹脂ペレットを製造することと、前記樹脂ペレットと第2の熱可塑性樹脂を用いて、前記ナノ粒子を含有する第2の成形体を製造することとを含むことを特徴とする成形体の製造方法が提供される。 According to a third aspect of the present invention, there is provided a method for producing a molded body, wherein the resin pellet is produced by the method for producing a resin pellet of the third aspect, and the resin pellet and the second thermoplastic resin. And a second molded body containing the nanoparticles is used to provide a method for producing a molded body.
第2の熱可塑性樹脂がABS樹脂であってもよく、前記ナノ粒子を含有しなくてもよく、親水性セグメントを含むブロック共重合体を含有しなくてもよい。 The second thermoplastic resin may be an ABS resin, may not contain the nanoparticles, and may not contain a block copolymer containing a hydrophilic segment.
本発明の第4の態様に従えば、メッキ膜を有する成形体の製造方法であって、第3の態様の成形体の製造方法により第2の成形体を製造することと、第2の成形体の表面に無電解メッキ膜を形成することとを含むメッキ膜を有する成形体の製造方法が提供される。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a method for producing a molded body having a plating film, wherein the second molded body is produced by the method for producing a molded body according to the third aspect, and the second molding is performed. There is provided a method of manufacturing a molded body having a plating film including forming an electroless plating film on the surface of the body.
本発明の第5の態様に従えば、成形体であって、熱可塑性樹脂と、親水性ポリマーと、ナノ粒子を含み、前記成形体は、その内部に、前記熱可塑性樹脂からなるマトリックス中に、前記ナノ粒子を含有する前記親水性ポリマーのドメインが存在するマトリックス−ドメイン構造を有することを特徴とする成形体が提供される。 According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a molded body comprising a thermoplastic resin, a hydrophilic polymer, and nanoparticles, wherein the molded body is contained in a matrix made of the thermoplastic resin. There is provided a molded article characterized by having a matrix-domain structure in which the hydrophilic polymer domain containing the nanoparticles is present.
前記ナノ粒子の粒子径が、10nm以下であってもよく、2nm以下であってもよい。前記ナノ粒子が、無電解メッキ触媒として機能する金属のナノ粒子であってもよく、前記金属が、パラジウムであってもよい。前記親水性ポリマーに対する前記ナノ粒子の割合が、0.1〜30重量%であってもよい。 The nanoparticle may have a particle size of 10 nm or less, or 2 nm or less. The nanoparticles may be metal nanoparticles that function as an electroless plating catalyst, and the metal may be palladium. A ratio of the nanoparticles to the hydrophilic polymer may be 0.1 to 30% by weight.
本発明の第6の態様に従えば、樹脂ペレットであって、第5の態様の成形体を裁断することによって製造される樹脂ペレットが提供される。 According to the 6th aspect of this invention, it is a resin pellet, Comprising: The resin pellet manufactured by cutting the molded object of a 5th aspect is provided.
本発明の成形体に含まれるナノ粒子は、高温の溶融樹脂と接触させても触媒活性が失活しない耐熱性を有し、高温下においても凝集せず、樹脂中で高い分散性を有する。したがって、本発明の成形体は、メッキ反応性が高い。 The nanoparticles contained in the molded article of the present invention have heat resistance that does not deactivate the catalytic activity even when brought into contact with a high-temperature molten resin, do not aggregate even at high temperatures, and have high dispersibility in the resin. Therefore, the molded product of the present invention has high plating reactivity.
本実施形態では、まず、ナノ粒子を含む第1の成形体を製造する。そして、第1の成形体を裁断して樹脂ペレットを製造し、該樹脂ペレットと第2の熱可塑性樹脂を用いて、ナノ粒子を含む第2の成形体を製造する。更に、第2の成形体に無電解メッキ膜を形成する。 In the present embodiment, first, a first molded body including nanoparticles is manufactured. And a 1st molded object is cut | judged and a resin pellet is manufactured, The 2nd molded object containing a nanoparticle is manufactured using this resin pellet and 2nd thermoplastic resin. Further, an electroless plating film is formed on the second molded body.
本願明細書において、「ナノ粒子」とは、粒子径が100nm以下の金属ナノ粒子であり、好ましくは10nm以下の金属粒子を意味する。また、本願明細書において、「樹脂ペレット」とは、樹脂を加工し易いように小さな塊(ペレット)としたものを意味し、サイズ及び形状はペレットの用途により様々であるが、例えば、3〜5mm程度の粒子状、円柱状の樹脂の小片である。本実施形態のナノ粒子含有樹脂ペレットは、可塑化溶融して射出成形や押出成形することにより、第2の成形体に加工することができる。 In the present specification, the “nanoparticle” means a metal nanoparticle having a particle diameter of 100 nm or less, preferably a metal particle having a size of 10 nm or less. In the present specification, “resin pellet” means a small lump (pellet) so that the resin can be easily processed, and the size and shape vary depending on the use of the pellet. It is a small piece of particle-like or columnar resin of about 5 mm. The nanoparticle-containing resin pellet of this embodiment can be processed into a second molded body by plasticizing and melting and injection molding or extrusion molding.
(1)第1の成形体の製造方法
まず、図1に示すフローチャートに従って、ナノ粒子を含む第1の成形体の製造方法について説明する。本実施形態において、第1の成形体は、押出成形により成形される紐状の成形体であり、第1の成形体を裁断することにより、樹脂ペレットを得ることができる。
(1) Manufacturing method of 1st molded object First, according to the flowchart shown in FIG. 1, the manufacturing method of the 1st molded object containing a nanoparticle is demonstrated. In the present embodiment, the first molded body is a string-shaped molded body molded by extrusion molding, and resin pellets can be obtained by cutting the first molded body.
まず、親水性ポリマーと第1の溶媒とを含む第1溶液を調製する(S1)。親水性ポリマーとしては、任意のものを使用できるが、水溶性ポリマーが好ましい。中でも、第2の成形体の無電解メッキの反応性を高める観点から、ポリ(2−ビニルピリジン)、ポリ(3−ビニルピリジン)、ポリ(4−ビニルピリジン)、ポリビニルピロリドン、ポリ(N−ビニルアセトアミド)、ポリ(ビニルアミン)及びポリビニルアルコールがより好ましい。親水性ポリマーは、1種類の親水性ポリマーを用いてもよく、2種類以上の親水性ポリマーを混合して用いてもよい。 First, a first solution containing a hydrophilic polymer and a first solvent is prepared (S1). Any hydrophilic polymer can be used, but a water-soluble polymer is preferred. Among these, from the viewpoint of increasing the electroless plating reactivity of the second molded body, poly (2-vinylpyridine), poly (3-vinylpyridine), poly (4-vinylpyridine), polyvinylpyrrolidone, poly (N-- Vinylacetamide), poly (vinylamine) and polyvinyl alcohol are more preferred. As the hydrophilic polymer, one kind of hydrophilic polymer may be used, or two or more kinds of hydrophilic polymers may be mixed and used.
第1の溶媒としては、親水性ポリマーを溶解する溶媒であれば任意のものを使用できるが、親水性ポリマーの良溶媒であることから極性溶媒が好ましく、例えば、メタノール、エタノール、1‐プロパノール、2‐プロパノール、1‐ブタノール、2‐ブタノール、2‐メチル‐1‐プロパノール等のアルコール類、アセトン、エチルメチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン類、エチレングリコール、プロピレングリコール等のグリコール類、ジメチルホルムアミド、N−メチル−2−ピロリドン、ジメチルスルホキシド、水等が挙げられる。中でも、後述する第2の溶媒との相溶性、成形体製造過程における熱可塑性樹脂からの分離の容易性の観点から、第1の溶媒は、メタノール、エタノール、1‐プロパノール、2‐プロパノール、1‐ブタノール、2‐ブタノール、2‐メチル‐1‐プロパノール等のアルコールが好ましい。第1の溶媒は、1種類の溶媒を用いてもよく、2種類以上の溶媒を混合して用いてもよい。 As the first solvent, any solvent can be used as long as it dissolves the hydrophilic polymer, but a polar solvent is preferable because it is a good solvent for the hydrophilic polymer. For example, methanol, ethanol, 1-propanol, Alcohols such as 2-propanol, 1-butanol, 2-butanol, and 2-methyl-1-propanol; ketones such as acetone, ethyl methyl ketone, methyl isobutyl ketone, and cyclohexanone; glycols such as ethylene glycol and propylene glycol; Examples include dimethylformamide, N-methyl-2-pyrrolidone, dimethyl sulfoxide, and water. Among these, the first solvent is methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, 1 from the viewpoint of compatibility with the second solvent described later and ease of separation from the thermoplastic resin in the process of producing the molded body. Alcohols such as -butanol, 2-butanol, 2-methyl-1-propanol are preferred. As the first solvent, one type of solvent may be used, or two or more types of solvents may be mixed and used.
第1溶液中に、親水性ポリマーは、0.1〜50重量%含まれていることが好ましく、0.5〜20重量%含まれていることがより好ましい。第1溶液は、汎用の方法により、第1の溶媒に親水性ポリマーを溶解することにより調製することができる。 The first solution preferably contains 0.1 to 50% by weight, more preferably 0.5 to 20% by weight, of the hydrophilic polymer. The first solution can be prepared by dissolving the hydrophilic polymer in the first solvent by a general-purpose method.
次に、金属塩と第2の溶媒を含む第2溶液とを調製する(ステップS2)。金属塩としては、任意のものを用いることができるが、本実施形態では、無電解メッキ触媒として機能する金属の塩、即ち、メッキ触媒活性を有する金属の塩を用いる。これにより、本実施形態により得られる第2の成形体に、別途、無電解メッキ触媒の付与をすることなく、無電解メッキ膜を形成することができる。このような無電解メッキ触媒活性を有する金属の塩としては、銅、鉄、白金、ルテニウム、銀、ニッケル、クロム、金、チタン、パラジウム等の金属塩で挙げられるが、特にパラジウム塩が好ましい。より具体的には、ヘキサフルオロアセチルアセトナトパラジウム(II)、白金ジメチル(シクロオクタジエン)、ビス(シクロペンタジエニル)ニッケル、ビス(アセチルアセトネート)パラジウム、フェロセン等が挙げあれ、これらの金属塩(金属錯体)は、加圧二酸化炭素への溶解性が高いため、第2の溶媒として加圧二酸化炭素を用いる場合、特に好ましい。金属塩は、1種類の金属塩を用いてもよく、2種類以上の金属塩を混合して用いてもよい。 Next, a second solution containing a metal salt and a second solvent is prepared (step S2). Any metal salt can be used, but in this embodiment, a metal salt that functions as an electroless plating catalyst, that is, a metal salt having a plating catalyst activity is used. Thereby, an electroless plating film can be formed on the second molded body obtained by the present embodiment without separately applying an electroless plating catalyst. Examples of the metal salt having electroless plating catalytic activity include metal salts such as copper, iron, platinum, ruthenium, silver, nickel, chromium, gold, titanium, and palladium, and palladium salt is particularly preferable. More specifically, hexafluoroacetylacetonato palladium (II), platinum dimethyl (cyclooctadiene), bis (cyclopentadienyl) nickel, bis (acetylacetonate) palladium, ferrocene, and the like, and these metals Since a salt (metal complex) has high solubility in pressurized carbon dioxide, it is particularly preferable when pressurized carbon dioxide is used as the second solvent. As the metal salt, one kind of metal salt may be used, or two or more kinds of metal salts may be mixed and used.
第2の溶媒としては、金属塩を溶解可能な溶媒であれば任意のものを用いることができ、使用する金属塩の種類により、適宜選択することができる。第2の溶媒としては、例えば、メタノール、エタノール、1‐プロパノール、2‐プロパノール、1‐ブタノール、2‐ブタノール、2‐メチル‐1‐プロパノールなどのアルコール類、ヘキサン、シクロヘキサン、ヘプタン等の炭化水素類、アセトン、エチルメチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン類、ジメチルホルムアミド、N−メチル−2−ピロリドン、ジメチルスルホキシド、加圧二酸化炭素及び水等を用いることができる。中でも、第1の溶媒との相溶性、成形体製造過程における熱可塑性樹脂からの分離の容易性の観点から、第2の溶媒は、水、アルコール、加圧二酸化炭素が好ましく、加圧二酸化炭素としては、液体二酸化炭素が好ましい。第2の溶媒は、1種類の溶媒を用いてもよく、2種類以上の溶媒を混合して用いてもよい。 As the second solvent, any solvent can be used as long as it can dissolve the metal salt, and it can be appropriately selected depending on the kind of the metal salt to be used. Examples of the second solvent include alcohols such as methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, 1-butanol, 2-butanol, and 2-methyl-1-propanol, and hydrocarbons such as hexane, cyclohexane, and heptane. , Ketones such as acetone, ethyl methyl ketone, methyl isobutyl ketone and cyclohexanone, dimethylformamide, N-methyl-2-pyrrolidone, dimethyl sulfoxide, pressurized carbon dioxide and water can be used. Among these, from the viewpoint of compatibility with the first solvent and ease of separation from the thermoplastic resin in the process of producing the molded body, the second solvent is preferably water, alcohol, or pressurized carbon dioxide. As for, liquid carbon dioxide is preferable. As the second solvent, one type of solvent may be used, or two or more types of solvents may be mixed and used.
第2の溶媒として用いる加圧二酸化炭素としては、液体状態、ガス状態、又は超臨界状態の加圧二酸化炭素を用いることができる。これらの加圧二酸化炭素は、人体に無害であり、また溶融樹脂への拡散性に優れ、しかも溶融樹脂から容易に除去可能であり、更に、溶融樹脂の可塑剤としても機能する。加圧二酸化炭素の圧力、温度は任意であるが、密度が高く安定であることから液体二酸化炭素もしくは超臨界二酸化炭素を用いることが好ましい。加圧二酸化炭素の温度は5℃〜50℃の範囲が好ましい。加圧二酸化炭素の温度は、低いほど高密度となり溶媒効果が高くなるので好ましいが、冷却制御が容易であるという観点から5℃以上が好ましい。また、加圧二酸化炭素の温度が高くなると密度が低くなり液送が不安定になる虞があるので、安定に液送するという観点から、50℃以下が好ましい。加圧二酸化炭素の圧力は、4〜25MPaの範囲が望ましい。圧力が低いと溶媒効果が発現しにくくなるので、適度な溶媒効果を得るという観点から、4MPa以上が好ましく、また、圧力が高いと高圧設備の維持にコストが係るので、コストを抑えるという観点から、25MPa以下が好ましい。尚、加圧二酸化炭素は、可塑化シリンダ内で瞬時に高温になり圧力も変動する。よって、上述の加圧二酸化炭素の状態、温度及び圧力は、可塑化シリンダに導入する前の安定な状態の加圧二酸化炭素の状態、圧力及び温度の値である。加圧二酸化炭素を調製する方法としては、特に限定されず、従来公知の任意の方法を使用することができる。 As the pressurized carbon dioxide used as the second solvent, pressurized carbon dioxide in a liquid state, a gas state, or a supercritical state can be used. These pressurized carbon dioxides are harmless to the human body, have excellent diffusibility into the molten resin, can be easily removed from the molten resin, and further function as a plasticizer for the molten resin. The pressure and temperature of the pressurized carbon dioxide are arbitrary, but liquid carbon dioxide or supercritical carbon dioxide is preferably used because of its high density and stability. The temperature of the pressurized carbon dioxide is preferably in the range of 5 ° C to 50 ° C. The lower the temperature of the pressurized carbon dioxide, the higher the density and the higher the solvent effect, which is preferable, but 5 ° C. or higher is preferable from the viewpoint of easy cooling control. Moreover, since there exists a possibility that a density may become low and liquid feeding may become unstable when the temperature of pressurized carbon dioxide becomes high, 50 degreeC or less is preferable from a viewpoint of liquid feeding stably. The pressure of the pressurized carbon dioxide is desirably in the range of 4 to 25 MPa. From the viewpoint of obtaining an appropriate solvent effect because the solvent effect is difficult to be expressed when the pressure is low, 4 MPa or more is preferable, and from the viewpoint of suppressing the cost because the high pressure equipment is costly when the pressure is high. 25 MPa or less is preferable. Note that the pressurized carbon dioxide instantaneously becomes high temperature in the plasticizing cylinder, and the pressure fluctuates. Therefore, the above-mentioned pressurized carbon dioxide state, temperature and pressure are values of the pressurized carbon dioxide state, pressure and temperature in a stable state before being introduced into the plasticizing cylinder. The method for preparing pressurized carbon dioxide is not particularly limited, and any conventionally known method can be used.
第2溶液中に、金属塩は、0.1〜50重量%含まれていることが好ましく、0.5〜50重量%含まれていることがより好ましい。第2溶液は、汎用の方法により、第2の溶媒に親水性ポリマーを溶解することにより調製することができる。 The second solution preferably contains 0.1 to 50% by weight of metal salt, and more preferably 0.5 to 50% by weight. The second solution can be prepared by dissolving the hydrophilic polymer in the second solvent by a general-purpose method.
次に、第1の熱可塑性樹脂を可塑化溶融して溶融樹脂とする(ステップS3)。第1の熱可塑性樹脂としては、任意のものを用いることができ、例えば、ポリプロピレン、ポリメチルメタクリレート、ナイロン等のポリアミド、ポリカーボネート、アモルファスポリオレフィン、ポリエーテルイミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリテーテルエーテルケトン、ABS系樹脂、ポリフェニレンサルファイド、ポリアミドイミド、ポリ乳酸、ポリカプロラクトン等を用いることができる。第1の熱可塑性樹脂は、1種類の熱可塑性樹脂を用いてもよく、2種類以上の熱可塑性樹脂を混合して用いてもよい。また、第1の熱可塑性樹脂は、親水性セグメントを含むブロック共重合体(以下、適宜「ブロック共重合体」と記載する)を含むことが好ましい。親水性セグメントを含むブロック共重合体は、第2の成形体中において、ナノ粒子を伴って成形体表面にブリードアウトしようと移動する傾向がある。これにより、第2の成形体の表面は親水化され、第2の成形体の表面近傍のナノ粒子は増量し、第2の成形体の無電解メッキの反応性を高めることができる。 Next, the first thermoplastic resin is plasticized and melted to obtain a molten resin (step S3). Arbitrary things can be used as a 1st thermoplastic resin, For example, polyamide, such as a polypropylene, polymethylmethacrylate, nylon, polycarbonate, amorphous polyolefin, polyetherimide, polyethylene terephthalate, polyether ether ketone, ABS type Resins, polyphenylene sulfide, polyamideimide, polylactic acid, polycaprolactone, and the like can be used. As the first thermoplastic resin, one kind of thermoplastic resin may be used, or two or more kinds of thermoplastic resins may be mixed and used. Further, the first thermoplastic resin preferably contains a block copolymer containing a hydrophilic segment (hereinafter referred to as “block copolymer” as appropriate). The block copolymer containing a hydrophilic segment tends to move to bleed out to the surface of the molded body with nanoparticles in the second molded body. Thereby, the surface of the second molded body is hydrophilized, the amount of nanoparticles near the surface of the second molded body is increased, and the electroless plating reactivity of the second molded body can be increased.
本実施形態で用いる親水性セグメントを含むブロック共重合体は、親水性セグメントを有し、更に、親水性セグメントとは異なる他のセグメント(以下、適宜「他のセグメント」と記載する)を有する。親水性セグメントには、アニオン性セグメント、カチオン性セグメント、ノニオン性セグメントを用いることができる。アニオン性セグメントとしては、ポリスチレンスルホン酸系、カチオン性セグメントとしては、四級アンモニウム塩基含有アクリレート重合体系、ノニオン性セグメントとしては、ポリエーテルエステルアミド系、ポリエチレンオキシド−エピクロルヒドリン系、ポリエーテルエステル系が挙げられる。成形体の耐熱性を確保しやすいことから、親水性セグメントは、ポリエーテル構造を有するノニオン性セグメントであることが好ましい。ポリエーテル構造としては、例えばアルキレンの炭素数が2〜4のオキシアルキレン基であるオキシエチレン基、オキシプロピレン基、オキシトリメチレン基、オキシテトラメチレン基等のオキシアルキレン基、ポリエーテルジオール、ポリエーテルジアミン、及びこれらの変性物、並びにポリエーテル含有親水性ポリマーが含まれ、特にポリエチレンオキシドが好ましい。 The block copolymer containing a hydrophilic segment used in the present embodiment has a hydrophilic segment, and further has another segment different from the hydrophilic segment (hereinafter referred to as “other segment” as appropriate). An anionic segment, a cationic segment, and a nonionic segment can be used for the hydrophilic segment. Examples of the anionic segment include polystyrene sulfonic acid series, the cationic segment includes quaternary ammonium base-containing acrylate polymer series, and the nonionic segment includes polyether ester amide series, polyethylene oxide-epichlorohydrin series, and polyether ester series. It is done. Since it is easy to ensure the heat resistance of a molded object, it is preferable that a hydrophilic segment is a nonionic segment which has a polyether structure. Examples of the polyether structure include oxyethylene groups having 2 to 4 carbon atoms of alkylene, such as oxyethylene groups, oxypropylene groups, oxytrimethylene groups, and oxytetramethylene groups, polyether diols, and polyethers. Diamines, modified products thereof, and polyether-containing hydrophilic polymers are included, and polyethylene oxide is particularly preferable.
ブロック共重合体の他のセグメントは、親水性セグメントよりも疎水性であれば任意であるが、例えば、ナイロン、ポリオレフィン等を用いることができる。 The other segment of the block copolymer is optional as long as it is more hydrophobic than the hydrophilic segment. For example, nylon, polyolefin and the like can be used.
ブロック共重合体は市販品を用いてもよく、例えば、三洋化成工業製ペレスタット(登録商標)、ペレクトロン(登録商標)等を用いることができる。例えば、三洋化成工業製、ペレスタット300、NC6321、1251は、親水性セグメントのポリエーテルと、他のセグメントのナイロンをエステル結合でコポリマー化したブロック共重合体である。
Commercially available products may be used as the block copolymer, and for example, Pelestat (registered trademark), Peletron (registered trademark) manufactured by Sanyo Chemical Industries, Ltd. may be used. For example,
第1の熱可塑性樹脂は、任意の方法により可塑化溶融できる。本実施形態では、図2に示す押出成形機200の可塑化シリンダ210内において、第1の熱可塑性樹脂の可塑化溶融を行う。
The first thermoplastic resin can be plasticized and melted by any method. In the present embodiment, the first thermoplastic resin is plasticized and melted in the
次に、溶融樹脂に、第1溶液及び第2溶液を加えることによって、溶融樹脂内で、金属塩からナノ粒子を生成する(ステップS4)。溶融樹脂に、第1溶液及び第2溶液を加える方法は任意であるが、本実施形態では、図2に示す可塑化シリンダ210内に、第1溶液及び第2溶液を供給し、可塑化シリンダ210内において、溶融樹脂に第1溶液及び第2溶液を混合する。また、第1溶液及び第2溶液を可塑化シリンダに供給する方法は任意である。例えば、第1溶液及び第2溶液を混合して導入してもよいし、別々に導入してもよい。また、第1溶液及び第2溶液を間欠的に導入してもよいし、連続的に導入してもよい。本実施形態においては、図2に示す第1溶液供給機構100、第2溶液供給機構300のシリンジポンプ11、12、31、32を用いて、可塑化シリンダ210へ第1溶液及び第2溶液を連続的に供給する。本実施形態では、溶融樹脂と、第1溶液と、第2溶液とが、可塑化シリンダ210内で連続的に混合されて混合物となり、混合物中に金属ナノ粒子が連続的に生成される。
Next, by adding the first solution and the second solution to the molten resin, nanoparticles are generated from the metal salt in the molten resin (step S4). The method of adding the first solution and the second solution to the molten resin is arbitrary, but in this embodiment, the first solution and the second solution are supplied into the
混合物中にナノ粒子が生成するメカニズムは、次のように推測される。高温の溶融樹脂中において、金属塩の金属は熱還元され金属粒子となるが、このとき、生成した金属粒子は溶融樹脂に比べて親水性ポリマーとの親和性が高いと推測される。このため、金属微粒子は熱可塑性樹脂内に存在せず、親水性ポリマードメイン内に存在する。このような親水性ポリマーの存在下で金属粒子が生成するため、生成する金属粒子の凝集が抑制され、粒子径100nm以下のナノ粒子を生成すると推測される。また、第1の溶媒としてアルコールを用いた場合には、第1の溶媒によっても、金属塩はアルコール還元されると推測される。 The mechanism by which nanoparticles are formed in the mixture is assumed as follows. In the high-temperature molten resin, the metal salt metal is thermally reduced to form metal particles. At this time, the generated metal particles are presumed to have higher affinity with the hydrophilic polymer than the molten resin. For this reason, the metal fine particles do not exist in the thermoplastic resin but exist in the hydrophilic polymer domain. Since metal particles are generated in the presence of such a hydrophilic polymer, aggregation of the generated metal particles is suppressed, and it is estimated that nanoparticles having a particle diameter of 100 nm or less are generated. In addition, when alcohol is used as the first solvent, it is presumed that the metal salt is alcohol reduced also by the first solvent.
第1の熱可塑性樹脂と、第1溶液と、第2溶液との混合物の温度、即ち、ナノ粒子が生成される温度は、第1の熱可塑性樹脂の種類に応じて適宜設定することができるが、ナノ粒子の生成の観点からは、150〜400℃とすることが好ましく、200〜350℃とすることがより好ましい。 The temperature of the mixture of the first thermoplastic resin, the first solution, and the second solution, that is, the temperature at which the nanoparticles are generated can be appropriately set according to the type of the first thermoplastic resin. However, from the viewpoint of producing nanoparticles, the temperature is preferably 150 to 400 ° C, more preferably 200 to 350 ° C.
第1の熱可塑性樹脂と、第1溶液と、第2溶液との混合物の圧力、即ち、ナノ粒子が生成される圧力は、好ましくは3〜40MPaに調整されることが好ましい。混合物の圧力が3MPa以上であると、溶融樹脂へのナノ粒子の分散性が良好となる。また、混合物の圧力が、40MPa以下であると、スクリュやモーター等を含む装置への負担が軽減される。尚、第1溶液及び第2溶液が導入されると、溶融樹脂の粘度及び圧力は低下する。そのため、第1溶液及び第2溶液溶融樹脂が混合される前の溶融樹脂の圧力は、5MPa以上に調整することが好ましい。 The pressure of the mixture of the first thermoplastic resin, the first solution, and the second solution, that is, the pressure at which the nanoparticles are generated is preferably adjusted to 3 to 40 MPa. When the pressure of the mixture is 3 MPa or more, the dispersibility of the nanoparticles in the molten resin becomes good. Moreover, the burden to the apparatus containing a screw, a motor, etc. is reduced as the pressure of a mixture is 40 Mpa or less. When the first solution and the second solution are introduced, the viscosity and pressure of the molten resin are lowered. Therefore, it is preferable to adjust the pressure of the molten resin before the first solution and the second solution molten resin are mixed to 5 MPa or more.
溶融樹脂と、第1溶液と、第2溶液とを連続的に混合している間、混合物の圧力は、上述の第1の圧力の範囲内であれば変動してもよいが、その変動幅を±2MPaの範囲に制御することが好ましく、±1MPaの範囲に制御することがより好ましい。第1の溶媒、第2の溶媒は、可塑化シリンダ内において溶融樹脂と混練するとき、超臨界状態ではない場合がある。超臨界流体が圧力の変化に伴う密度変化が小さいのに対し、超臨界に達していない流体は、圧力の変化に伴う密度変化が大きい。このため、わずかな圧力変化により急激に密度が低下して気化し、金属微粒子が凝集する虞がある。本実施形態では、超臨界状態でない第1の溶媒又は第2の溶媒を用いた場合においても、即ち、圧力変化に伴う密度変化が大きく、溶媒性能を維持しにくい第1の溶媒又は第2の溶媒を用いた場合においても、混合物の圧力を高圧(第1の圧力)に保持することで、ナノ粒子の良好な分散状態を維持することができる。 While the molten resin, the first solution, and the second solution are continuously mixed, the pressure of the mixture may vary as long as it is within the range of the first pressure described above. Is preferably controlled within a range of ± 2 MPa, more preferably within a range of ± 1 MPa. The first solvent and the second solvent may not be in a supercritical state when kneaded with the molten resin in the plasticizing cylinder. A supercritical fluid has a small change in density due to a change in pressure, whereas a fluid that has not reached the supercritical state has a large change in density due to a change in pressure. For this reason, there is a possibility that the density rapidly decreases due to a slight change in pressure, vaporizes, and the metal fine particles aggregate. In the present embodiment, even when the first solvent or the second solvent that is not in the supercritical state is used, that is, the first solvent or the second solvent in which the density change accompanying the pressure change is large and the solvent performance is difficult to maintain. Even in the case of using a solvent, a good dispersion state of the nanoparticles can be maintained by maintaining the pressure of the mixture at a high pressure (first pressure).
混合物の圧力を第1の圧力に保持する方法は任意であるが、本実施形態では、可塑化シリンダ内にシール機構を設けることにより、混合物の圧力を第1の圧力に保持する。本実施形態で設けたシール機構は、所定圧力未満の混合物をシール機構の下流側に流通させない機構である。このシール機構により、シール機構の上流側の混合物の圧力を高め、所望の圧力(第1の圧力)に調整することができる。本実施形態で用いるシール機構は、図3に示すように、バネを介してスクリュの外周面に設けられるシールリングを含むシール機構である。図3に示すシール機構については、後述する実施例1において詳細を説明する。 Although the method of maintaining the pressure of the mixture at the first pressure is arbitrary, in this embodiment, the pressure of the mixture is maintained at the first pressure by providing a sealing mechanism in the plasticizing cylinder. The sealing mechanism provided in the present embodiment is a mechanism that does not allow a mixture having a pressure less than a predetermined pressure to flow downstream of the sealing mechanism. With this sealing mechanism, the pressure of the mixture on the upstream side of the sealing mechanism can be increased and adjusted to a desired pressure (first pressure). As shown in FIG. 3, the seal mechanism used in the present embodiment is a seal mechanism including a seal ring provided on the outer peripheral surface of the screw via a spring. The details of the sealing mechanism shown in FIG. 3 will be described in Example 1 described later.
溶融樹脂に混合する第1溶液及び第2溶液の圧力は、第1の圧力より高い第2の圧力に調整することが好ましく、例えば、5〜40MPaとすることが好ましい。第1溶液及び第2溶液の圧力を溶融樹脂より高くすることで、可塑化シリンダへの第1溶液及び第2溶液の導入を容易にすることができる。 The pressure of the first solution and the second solution mixed with the molten resin is preferably adjusted to a second pressure higher than the first pressure, for example, preferably 5 to 40 MPa. By making the pressure of the first solution and the second solution higher than that of the molten resin, the introduction of the first solution and the second solution into the plasticizing cylinder can be facilitated.
溶融樹脂と、第1溶液と、第2溶液との混合工程において、溶融樹脂、第1溶液及び第2溶液の混合割合は、第1溶液中の親水ポリマーの含有量、第2溶液中の金属塩の含有量、製造される成形体中のナノ粒子の含有量等を考慮して適宜決定できる。例えば、製造される成形体中のナノ粒子の含有量が、好ましくは、0.001〜2重量%となるように、溶融樹脂と、第1溶液と、第2溶液とを混合してもよい。また、親水性ポリマーに対する金属塩中の金属の割合が、好ましくは、0.1〜30重量%、更に好ましくは、0.5〜20重量%となるように、第1溶液と第2溶液とを混合してもよい。 In the mixing step of the molten resin, the first solution, and the second solution, the mixing ratio of the molten resin, the first solution, and the second solution is the content of the hydrophilic polymer in the first solution, the metal in the second solution The content can be appropriately determined in consideration of the content of salt, the content of nanoparticles in the produced molded article, and the like. For example, the molten resin, the first solution, and the second solution may be mixed so that the content of the nanoparticles in the produced molded body is preferably 0.001 to 2% by weight. . Further, the ratio of the metal in the metal salt to the hydrophilic polymer is preferably 0.1 to 30% by weight, more preferably 0.5 to 20% by weight, and the first solution and the second solution May be mixed.
本実施形態は、更に、前記溶融樹脂と、第1溶液と、第2溶液との混合物の圧力、即ち、生成したナノ粒子を含有する溶融樹脂の圧力を第1の圧力より低い圧力に調整して、溶融樹脂から第1の溶媒及び第2の溶媒を分離することが好ましい。混合物を減圧することで、混合物に含有される第1の溶媒、第2の溶媒をガス化して分離することができる。混合物の減圧は、任意の方法により行うことができる。例えば、可塑化シリンダ内に設けられたスクリュに、直径が細く、フライトが深い部分を設けてもよい。また、可塑化スクリュに外部に通じるベントを設け、可塑化シリンダ内を大気開放してもよいし、可塑化シリンダ内を真空ポンプにより大気圧より低い圧力に減圧してもよい。 In the present embodiment, the pressure of the mixture of the molten resin, the first solution, and the second solution, that is, the pressure of the molten resin containing the generated nanoparticles is further adjusted to a pressure lower than the first pressure. Thus, it is preferable to separate the first solvent and the second solvent from the molten resin. By depressurizing the mixture, the first solvent and the second solvent contained in the mixture can be gasified and separated. The pressure reduction of the mixture can be performed by any method. For example, the screw provided in the plasticizing cylinder may be provided with a portion having a small diameter and a deep flight. In addition, a vent that communicates with the outside may be provided in the plasticizing screw, and the inside of the plasticizing cylinder may be opened to the atmosphere, or the inside of the plasticizing cylinder may be reduced to a pressure lower than the atmospheric pressure by a vacuum pump.
次に、ナノ粒子を含む溶融樹脂を所望の形状に成形する(ステップS5)。本実施形態では、図2に示す可塑化スクリュ210の先端に設けられたダイ29から溶融樹脂を押し出し、紐状の成形体を得る。
Next, the molten resin containing nanoparticles is formed into a desired shape (step S5). In the present embodiment, the molten resin is extruded from the die 29 provided at the tip of the
(2)第1の成形体の構造
本実施形態で製造する第1の成形体は、第1の熱可塑性樹脂と、親水性ポリマーと、ナノ粒子を含む。図4(a)に示すように、第1の成形体は、その内部に、第1の熱可塑性樹脂からなるマトリックス(海)1中に、親水性ポリマーのドメイン(島)2が存在するマトリックス−ドメイン構造(海−島構造)を有する。そして、図4(b)に示すように、親水性ポリマーのドメイン(島)2の中にはナノ粒子3が存在する。ナノ粒子3は、大部分が親水性ポリマーのドメイン(島)2の中に存在しており、第1の熱可塑性樹脂からなるマトリックス(海)1中に存在するナノ粒子3は少ない。第1の成形体がこのような構造を有することから、親水性ポリマーの存在下でナノ粒子が生成され、そのために、ナノ粒子は凝集が抑制され微粒子化すると推測される。通常、1つのドメイン(島)2の中には、複数のナノ粒子3が生成されるが、1つのドメイン(島)2の中に、1個のナノ粒子3が生成されていてもよい。また、後述する第2の成形体の製造工程において、ナノ粒子が親水性ポリマーに被覆される構造は維持され、これにより、第2の熱可塑性樹脂から揮発ガスが発生した場合にも、ナノ粒子は触媒活性を失活しないと推測される。
(2) Structure of first molded body The first molded body manufactured in the present embodiment includes a first thermoplastic resin, a hydrophilic polymer, and nanoparticles. As shown in FIG. 4A, the first molded body has a matrix (sea) 2 in which a hydrophilic polymer domain (island) 2 exists in a matrix (sea) 1 made of the first thermoplastic resin. -It has a domain structure (sea-island structure). And as shown in FIG.4 (b), the
第1の成形体に含有されるナノ粒子は、粒子径が100nm以下であり、好ましくは10nm以下、更に好ましくは2nm以下である。ナノ粒子の粒子径が100nm以下であれば、樹脂への分散性が良好になり、本実施形態のナノ粒子を含む成形体の高機能化が期待できる。更に、ナノ粒子の粒子径が10nm以下であれば、樹脂への分散性がより向上する。また、成形体表面への偏析性が高まり、ナノ粒子が無電解メッキ触媒として機能する場合、メッキ反応を促進する。本発明者らの検討によれば、第1の成形体を裁断して樹脂ペレットとし、樹脂ペレットと第2の熱可塑性樹脂から、射出成形によって第2の成形体を成形する場合、粒子径が10nm以下のシングルナノオーダーのナノ粒子は、成形体表面に濃縮性し易いことが判明している。尚、本明細書におけるナノ粒子の粒子径とは、ナノ粒子のTEM写真において測定した値である。但し、粒子径が1nm以下になるとTEMの測定限界以下となり、TEM写真によりその粒子径を確認できない場合がある。この場合のナノ粒子の粒子径は1nm以下とする。例えば、図6に示す後述する実施例1におけるTEM写真のように、親水性ポリマーのドメイン(島)2の中には、TEMの測定限界以下の粒子径1nm以下のナノ粒子が多く存在することがTEM写真のコントラストから推測できる。 The nanoparticles contained in the first molded body have a particle size of 100 nm or less, preferably 10 nm or less, more preferably 2 nm or less. If the particle diameter of the nanoparticles is 100 nm or less, the dispersibility in the resin is good, and it can be expected that the molded product containing the nanoparticles of the present embodiment has higher functionality. Furthermore, if the particle diameter of the nanoparticles is 10 nm or less, the dispersibility in the resin is further improved. Moreover, when the segregation property to the surface of a molded object increases and a nanoparticle functions as an electroless plating catalyst, a plating reaction is accelerated | stimulated. According to the study by the present inventors, when the first molded body is cut into resin pellets, and the second molded body is molded from the resin pellets and the second thermoplastic resin by injection molding, the particle diameter is It has been found that single nano-order nanoparticles of 10 nm or less are easy to concentrate on the surface of the molded body. In addition, the particle diameter of the nanoparticle in this specification is the value measured in the TEM photograph of a nanoparticle. However, when the particle diameter is 1 nm or less, the particle diameter is below the measurement limit of TEM, and the particle diameter may not be confirmed by a TEM photograph. In this case, the particle diameter of the nanoparticles is 1 nm or less. For example, as shown in a TEM photograph in Example 1 described later shown in FIG. 6, the hydrophilic polymer domain (island) 2 has a large number of nanoparticles having a particle diameter of 1 nm or less which is less than the measurement limit of TEM. Can be estimated from the contrast of the TEM photograph.
本実施形態の第1の成形体に含有されるナノ粒子は、本実施形態と異なる製造方法、例えば、溶融樹脂の中以外の生成場(合成場)でナノ粒子を生成(合成)し、その後、生成場(合成場)からナノ粒子を取り出して溶融樹脂と混合する製造方法により製造した成形体に含有されるナノ粒子よりも、粒子径が小さい。この理由は定かでは無いが、例えば、生成(合成)したナノ粒子を生成場(合成場)から取り出す工程を設けるとナノ粒子の凝集の虞があり、また、成形機内を合成場とした方が金属塩が還元される速度が速いために金属粒子が微粒化し易い等の理由が挙げられる。 The nanoparticles contained in the first molded body of the present embodiment are produced (synthesized) in a production method different from the present embodiment, for example, in a production field (synthesis field) other than in the molten resin, and thereafter The particle diameter is smaller than the nanoparticles contained in the molded body produced by the production method in which the nanoparticles are taken out from the production field (synthesis field) and mixed with the molten resin. The reason for this is not clear, but for example, there is a risk of aggregation of the nanoparticles if a process for taking out the synthesized (synthesized) nanoparticles from the production field (synthesis field) is provided. The reason is that the metal particles are easily atomized because the metal salt is reduced at a high speed.
第1の成形体中のナノ粒子の含有量は、0.001〜2重量%であることが好ましい。第1の成形体中のナノ粒子の含有量がこの範囲であれば、本実施形態で製造される第2の成形体に無電解メッキ膜を効率的に形成することができる。また、第1の成形体において、親水性ポリマーに対するナノ粒子の割合は、0.1〜30重量%であることが好ましく、0.5〜20重量%であることが更に好ましい。親水性ポリマーに対するナノ粒子の割合が0.1重量%より低いと、第2の成形体中のナノ粒子の含有量が低くなり、メッキ反応性が低下する虞や、メッキ膜ムラが発生する虞がある。また、親水性ポリマーに対するナノ粒子の割合が30重量%より多いと、第2の成形体の製造過程において、第2の熱可塑性樹脂からの揮発ガスが発生した場合、親水性ポリマーによるナノ粒子の保護が不十分となり、ナノ粒子が触媒活性を失活する虞がある。 The content of the nanoparticles in the first molded body is preferably 0.001 to 2% by weight. If the content of the nanoparticles in the first molded body is within this range, the electroless plating film can be efficiently formed on the second molded body produced in the present embodiment. In the first molded body, the ratio of the nanoparticles to the hydrophilic polymer is preferably 0.1 to 30% by weight, and more preferably 0.5 to 20% by weight. When the ratio of the nanoparticles to the hydrophilic polymer is lower than 0.1% by weight, the content of the nanoparticles in the second molded body is lowered, and the plating reactivity may be lowered, or the plating film may be uneven. There is. Further, when the ratio of the nanoparticles to the hydrophilic polymer is more than 30% by weight, when volatile gas is generated from the second thermoplastic resin in the production process of the second molded body, There is a risk that the protection will be insufficient and the nanoparticles will deactivate the catalytic activity.
(3)樹脂ペレットの製造
製造したナノ粒子を含む紐状の成形体(第1の成形体)を水槽等を通過させて冷却し、その後、ストランドカット装置等の汎用の裁断装置を用いて裁断して樹脂ペレットを製造する(ステップS6)。第1の成形体の製造、冷却、裁断は、連続し行うことが、樹脂ペレットの生産性の観点から好ましい。
(3) Manufacture of resin pellets The manufactured string-like molded body (first molded body) containing nanoparticles is cooled by passing through a water tank or the like, and then cut using a general-purpose cutting device such as a strand cutting device. Thus, resin pellets are manufactured (step S6). It is preferable from the viewpoint of productivity of the resin pellets that the first molded body is continuously manufactured, cooled, and cut.
(4)第2の成形体の製造
次に、製造した樹脂ペレットと共に、第2の熱可塑性樹脂を用いて、前記ナノ粒子を含有する第2の成形体を製造する(ステップS7)。
(4) Manufacture of 2nd molded object Next, the 2nd molded object containing the said nanoparticle is manufactured using the 2nd thermoplastic resin with the manufactured resin pellet (step S7).
本実施形態において、ナノ粒子を含有する樹脂ペレットはマスターバッチであり、第2の熱可塑性樹脂は、マスターバッチが配合されるベース樹脂に相当する。本願明細書において、「マスターバッチ」とは、染料、顔料、その他の添加剤等の機能性材料を高濃度に含有した樹脂ペレットであり、機能性材料を含有しないベース樹脂に混合され、ベース樹脂と共に成形される。マスターバッチを用いると、機能性材料を直接ベース樹脂に添加して成形することと比較して、材料の取り扱い性が容易で秤量精度も向上する。また、マスターバッチを用いると、汎用の成形機を用いて、機能性材料を含有する成形体を製造できるという利点も有する。本実施形態では、ナノ粒子が、マスターバッチ(樹脂ペレット)が含有する機能性材料に相当する。 In this embodiment, the resin pellet containing nanoparticles is a master batch, and the second thermoplastic resin corresponds to a base resin into which the master batch is blended. In the present specification, the “masterbatch” is a resin pellet containing a high concentration of functional materials such as dyes, pigments and other additives, and is mixed with a base resin not containing the functional material. Molded together. When the master batch is used, the handling of the material is easy and the weighing accuracy is improved as compared with the case where the functional material is directly added to the base resin and molded. Moreover, when a masterbatch is used, it has the advantage that the molded object containing a functional material can be manufactured using a general purpose molding machine. In the present embodiment, the nanoparticles correspond to a functional material contained in the master batch (resin pellet).
第2の熱可塑性樹脂としては、第1の熱可塑性樹脂と同様に任意の樹脂を用いることができ、1種類の熱可塑性樹脂を用いてもよく、2種類以上の熱可塑性樹脂を混合して用いてもよい。また、第2の熱可塑性樹脂は、ガラス繊維、タルク、カーボン繊維等、各種無機フィラー等を含有してもよい。 As the second thermoplastic resin, any resin can be used similarly to the first thermoplastic resin, one kind of thermoplastic resin may be used, and two or more kinds of thermoplastic resins are mixed. It may be used. Further, the second thermoplastic resin may contain various inorganic fillers such as glass fiber, talc, and carbon fiber.
また、樹脂ペレットが無電解メッ触媒として機能するナノ粒子を含んでいるため、第2の熱可塑性樹脂は同様のナノ粒子を含む必要はなく、コスト低減の観点から、ナノ粒子は含まないことが好ましい。更に、第2の成形体の耐熱性の観点からは、第2の熱可塑性樹脂は、親水セグメントを含むブロック共重合体を有さないことが好ましい。 Moreover, since the resin pellet contains nanoparticles that function as an electroless catalyst, the second thermoplastic resin does not need to contain the same nanoparticles, and may not contain nanoparticles from the viewpoint of cost reduction. preferable. Furthermore, from the viewpoint of heat resistance of the second molded body, the second thermoplastic resin preferably does not have a block copolymer including a hydrophilic segment.
樹脂ペレット及び第2の熱可塑性樹脂は、射出成形機、押出成形機等の汎用の成形機を用いて所望の形状に成形して、ナノ粒子を含む第2の成形体を得ることができる。 The resin pellets and the second thermoplastic resin can be molded into a desired shape using a general-purpose molding machine such as an injection molding machine or an extrusion molding machine to obtain a second molded body containing nanoparticles.
第2の成形体の成形工程において、高温雰囲気においても親水性ポリマーは熱分解せずに金属粒子を被覆し続けるため、ナノ粒子同士が凝集しない。したがって、高温の溶融樹脂と接触してもナノ粒子は凝集せずに高分散性を維持できる。そのため、第2の成形体中のナノ粒子の分散性が向上し、また、微粒子であるため成形体表面への偏析性が高まる。その結果、第2の成形体のメッキ反応性を向上できる。 In the molding process of the second molded body, the hydrophilic polymer continues to coat the metal particles without being thermally decomposed even in a high temperature atmosphere, so that the nanoparticles do not aggregate. Therefore, even if it contacts with high temperature molten resin, a nanoparticle can be maintained and high dispersibility can be maintained. For this reason, the dispersibility of the nanoparticles in the second molded body is improved, and the segregation on the surface of the molded body is increased due to the fine particles. As a result, the plating reactivity of the second molded body can be improved.
更に、本実施形態では、ナノ粒子が溶融樹脂と接触混練した際、親水性ポリマーが熱分解することなく金属粒子を被覆しているので、溶融樹脂等から発生する揮発ガスから金属粒子が保護される。そのため、第2の熱可塑性樹脂として、ABS樹脂等の揮発ガスを発生する樹脂を用いても、第2の成形体の成形時にナノ粒子は触媒活性を失活する虞がない。 Furthermore, in this embodiment, when the nanoparticles are kneaded with the molten resin, the hydrophilic polymer coats the metal particles without thermal decomposition, so that the metal particles are protected from the volatile gas generated from the molten resin. The Therefore, even when a resin that generates a volatile gas, such as an ABS resin, is used as the second thermoplastic resin, there is no possibility that the nanoparticles deactivate the catalytic activity when the second molded body is molded.
(5)無電解メッキ
製造したナノ粒子を含む第2の成形体に、汎用の無電解メッキ法によりメッキ膜を形成する(図1のステップS8)。このとき、成形体に含まれるナノ粒子は無電解メッキ触媒として作用する。したがって、本実施形態では、別途、無電解メッキ触媒の付与を行うことなく、第2の成形体に無電解メッキ膜を形成することができる。尚、無電解メッキ工程においては、ナノ粒子を覆う親水性ポリマーに、無電解メッキ前処理液や、無電解メッキ液が接触する。これにより、ナノ粒子を覆う親水性ポリマーは除去されて金属粒子を覆っていないか、又は膨潤してメッキ液が親水性ポリマーに浸透可能な状態であると推測される。これにより、メッキ液とナノ粒子が直接接触可能となり、メッキ反応が促進すると推測される。
(5) Electroless plating A plating film is formed on the produced second molded body containing nanoparticles by a general electroless plating method (step S8 in FIG. 1). At this time, the nanoparticles contained in the molded body act as an electroless plating catalyst. Therefore, in this embodiment, an electroless plating film can be formed on the second molded body without separately applying an electroless plating catalyst. In the electroless plating step, the electroless plating pretreatment liquid or the electroless plating liquid comes into contact with the hydrophilic polymer covering the nanoparticles. Thereby, it is presumed that the hydrophilic polymer covering the nanoparticles is removed and does not cover the metal particles, or is swollen and allows the plating solution to penetrate the hydrophilic polymer. As a result, the plating solution and the nanoparticles can be directly contacted, and it is assumed that the plating reaction is accelerated.
以下、本発明について実施例及び比較例を用いて更に説明する。但し、本発明は、以下に説明する実施例及び比較例に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be further described using examples and comparative examples. However, the present invention is not limited to the examples and comparative examples described below.
[実施例1]
本実施例では、まず、図2に示す製造装置1000により、第1溶液と、第2溶液と、第1の熱可塑性樹脂とを用いて、ナノ粒子を含む第1の成形体を製造した。そして、第1の成形体を裁断して樹脂ペレットを製造し、該樹脂ペレットと第2の熱可塑性樹脂を用いて、ナノ粒子を含む第2の成形体を製造した。更に、第2の成形体に無電解メッキ膜を形成した。
[Example 1]
In this example, first, a first molded body containing nanoparticles was manufactured using the first solution, the second solution, and the first thermoplastic resin by the
本実施例では、親水性ポリマーとしてポリビニルピロリドン(ISP製、PVP K-30、分子量40000)(以下、適宜「PVP」と記載する)を用い、第1の溶媒としてエタノールを用いて第1溶液を調製し、金属塩としてヘキサフルオロアセチルアセトナトパラジウム(II)(以下、適宜「パラジウム錯体」と記載する)を用い、第2の溶媒として液体二酸化炭素を用いて第2溶液を調製した。第1の熱可塑性樹脂としては、親水性セグメントを含むブロック共重合体(三洋化成製、ペレスタットPL1251)を用い、第2の熱可塑性樹脂としては、ABS樹脂(東レ製、トヨラック125X82)と、ABS樹脂とポリアミド(PA)のアロイ樹脂(東レ製、トヨラックSX01)を用いた。 In this example, polyvinyl pyrrolidone (made by ISP, PVP K-30, molecular weight 40000) (hereinafter referred to as “PVP” as appropriate) is used as the hydrophilic polymer, and ethanol is used as the first solvent to prepare the first solution. A second solution was prepared using hexafluoroacetylacetonato palladium (II) (hereinafter referred to as “palladium complex” as appropriate) as the metal salt and liquid carbon dioxide as the second solvent. As the first thermoplastic resin, a block copolymer containing a hydrophilic segment (manufactured by Sanyo Kasei, Pelestat PL1251) is used. Resin and polyamide (PA) alloy resin (Toyolac SX01, manufactured by Toray) was used.
(1)第1の成形体の製造装置
まず、本実施例で第1の成形体の製造に用いた製造装置1000について説明する。図2に示すように、製造装置1000は、可塑化シリンダ210を有する押出成形機200と、第1溶液を可塑化シリンダ210に供給する第1溶液供給機構100と、第2溶液を可塑化シリンダ210に供給する第2溶液供給機構300と、制御装置(不図示)を備える。制御装置は、押出成形機200と、第1溶液供給機構100と、第2溶液供給機構300の動作を制御する。
(1) Manufacturing apparatus for first molded body First, a
(a)押出成形機
図2に示す押出成形機200は、可塑化シリンダ210と、可塑化シリンダ210の先端に設けられるダイ29と、可塑化シリンダ210内に回転自在に配設されたスクリュ20と、スクリュ20を駆動させるスクリュ駆動機構27と、可塑化シリンダ210内に配置される上流側シール機構S1及び下流側シール機構S2と、可塑化シリンダ210に接続する真空ポンプPを備える。本実施例では、可塑化シリンダ210内において、可塑化溶融された溶融樹脂は、図2における右手から左手に向かって流動する。したがって、本実施例の可塑化シリンダ210の内部においては、図2における右手を「上流」又は「後方」、左手を「下流」又は「前方」と定義する。尚、本実施例の押出成形機200は、従来公知の押出成形機の構成と同様に、可塑化シリンダ210の後方側から見た場合に、スクリュ20を反時計回りに回転させると溶融樹脂を前方(ノズル部側)に送る正回転をし、時計回りに回転させると逆回転するように構成されている。
(A) Extruder Machine The
可塑化シリンダ210の上部側面には、上流側から順に、熱可塑性樹脂を可塑化シリンダ210に供給するための樹脂供給口201、第1及び第2溶液を可塑化シリンダ210内に導入するための導入口202、及び必要に応じて可塑化シリンダ210内からガス化した第1及び第2の溶媒を排気するためのベント203が形成されている。これらの樹脂供給口201、及び導入口202にはそれぞれ、樹脂供給用ホッパ211、及び導入バルブ212が配設されており、ベント203には、真空ポンプPが接続されている。また導入バルブ212は、押出成形機200の外に設けられる1及び第2溶液供給機構100、300と接続される。
On the upper side surface of the
可塑化シリンダ210の外壁面には、バンドヒータ220が配設されており、これにより可塑化シリンダ210が加熱されて、熱可塑性樹脂が可塑化される。さらに、可塑化シリンダ210の下部側面の導入口202と対向する位置及びベント203に対向する位置にはそれぞれ、圧力及び温度をモニターするセンサ(不図示)が設けられている。
A
このような構造の押出成形機200では、樹脂供給口201から可塑化シリンダ210内に熱可塑性樹脂が供給され、熱可塑性樹脂がバンドヒータ220によって可塑化されて溶融樹脂となり、スクリュ20が正回転することにより下流に送られる。そして、導入口202近傍まで送られた溶融樹脂は、導入された第1及び第2溶液と高圧下、接触混練される。次いで、第1及び第2溶液と接触混練された溶融樹脂の樹脂内圧を低下させることにより、ガス化した第1及び第2の溶媒が溶融樹脂から分離し、ベント203から排気される。そして、さらに前方に送られた溶融樹脂は、ダイ29から押し出される。これにより、可塑化シリンダ210内では、上流側から順に、熱可塑性樹脂を可塑化して溶融樹脂とする可塑化ゾーン21、溶融樹脂と導入口202から導入される第1及び第2溶液とを高圧下、接触混練する高圧混練ゾーン22、及び第1及び第2溶液と接触混練した溶融樹脂の樹脂内圧を低下させることにより、溶融樹脂から分離された第1及び第2の溶媒をベント203から排気する減圧ゾーン23が形成される。更に、減圧ゾーン23の下流には、再可塑化ゾーン24が設けられる。尚、溶融樹脂と第1及び第2溶液との接触混練を効率的に行うため、可塑化シリンダ210に導入口202及びベント203をそれぞれ複数設け、可塑化シリンダ210内に高圧混練ゾーン22及び減圧ゾーン23をそれぞれ複数形成してもよい。
In the
可塑化ゾーン21、高圧混練ゾーン22、及び減圧ゾーン23の間にはそれぞれ、上流側シール機構S1及び下流側シール機構S2が配設されている。上流側シール機構S1は、樹脂の上流側への逆流を抑制することができれば任意のシール機構を用いることができ、本実施例では、従来の発泡成形等に用いるシールリングを採用した。下流側シール機構S2は、下流側シール機構S2の上流側の高圧混練ゾーン22において、溶融樹脂の圧力を3MPa〜40MPaの第1の圧力に調整した状態で、下流側シール機構S2の下流側の減圧ゾーン23へ溶融樹脂を流動させることができるシール機構を用いる。本実施例では、下流側シール機構S2として、図3に示すバネを介してスクリュ20の外周面に設けられるシールリング60を含むシール機構を用いた。下流側シール機構S2の詳細な構造及び機能については後述する。
An upstream seal mechanism S1 and a downstream seal mechanism S2 are disposed between the
(b)第1溶液供給機構及び第2溶液供給機構
次に、図2に示す第1溶液供給機構100、第2溶液供給機構300について説明する。第1溶液供給機構100、第2溶液供給機構300は、背圧弁250を介して押出成形機200の導入バルブ212に接続しており、それぞれ、第1溶液、第2溶液を成形機200に供給する。第1溶液供給機構100は、第1溶液を収容する第1溶液収容容器10と、第1溶液収容容器10から第1溶液を吸引後、所定の圧力に昇圧し、更に流量一定で液送可能な2つのシリンジポンプ11、12と、配管に配置される2つの吸引用エアー自動バルブ13、14と、2つの液送用エアー自動バルブ15、16とから構成される。
(B) First Solution Supply Mechanism and Second Solution Supply Mechanism Next, the first
第2溶液供給機構300は、二酸化炭素ボンベ37と、コリオリ流量計38及び金属塩溶解槽39を介して二酸化炭素ボンベ37に接続するストレージタンク30と、ストレージタンク30内の液体二酸化炭素の量をモニターする差圧式液面計40と、バルブ41を介してストレージタンク30に接続する2つのシリンジポンプ31、32と、配管に配置される2つの吸引用エアー自動バルブ33、34と、2つの液送用エアー自動バルブ35、36から構成される。第2溶液は、ストレージタンク30内で調製され、2つのシリンジポンプ31、32によって、ストレージタンク30から吸引後、所定の圧力に昇圧し、更に流量一定で押出成形機200へ液送される。
The second
第2溶液供給機構300において、二酸化炭素ボンベ37は図示しないヒーターを備え、ヒーターにより加温することでボンベ内の二酸化炭素を加圧して、二酸化炭素をストレージタンク30へ供給する。ストレージタンク30への二酸化炭素の供給量は、コリオリ流量計38によりモニターされ、所定量の二酸化炭素がストレージタンク30へ供給されると、図示しない自動弁が閉鎖して二酸化炭素のストレージタンク30への供給を停止する。
In the second
ストレージタンク30は、図示しない温度制御機構として、加熱用のヒーターと、チラーに接続する熱交換機を備えており、ストレージタンク30内を所定の温度に保持することで、ストレージタンク30内の二酸化炭素を気液平衡状態に保ち、更に、液体二酸化炭素の密度を一定に保つ。ストレージタンク30において、二酸化炭素の液相をストレージタンク30の下部に設けたヒーターにより加温し、気相をストレージタンク30の上部に設けた熱交換機により冷却する。液体二酸化炭素の液量は差圧式液面計40によりモニターする。
The
第2溶液供給機構300においては、金属塩溶解槽39内に金属塩を導入して、二酸化炭素ボンベ37から、金属塩溶解槽39を経由して二酸化炭素をストレージタンク30へ供給する。金属塩溶解槽39において金属塩は二酸化炭素に溶解し、そのままストレージタンク30へ流入する。これにより、ストレージタンク30内に、第2溶液が調製される。本実施例で用いたストレージタンク30の容積は、40Lであった。
In the second
第1溶液供給機構100、第2溶液供給機構300は、流量制御及び圧力制御が可能なシリンジポンプ11、12、31、32を有するので、流量及び圧力を所定量に制御した第1及び第2溶液を押出成形機200へ送ることができる。シリンジポンプ11、12、31、32は、吸引用エアー自動バルブ13、14、33、34を開放して溶液をシリンジポンプ内に吸引した後、前記バルブを閉鎖して加圧して所定圧力に保つ。液送する際は、液送用エアー自動バルブ15、16、35、36を開放し、シリンジポンプのシリンジを一定速度で押し込むことで流量一定で液送することができる。押出成形機200の可塑化シリンダ210へ導入される第1溶液及び第2溶液の圧力(第2の圧力)は、背圧弁250の設定圧力により調整される。尚、本実施例では、背圧弁250の手前(上流側)で、第1溶液と第2溶液とは混合され、混合溶液として塑化シリンダ210へ導入される。
Since the first
第1溶液供給機構100、第2溶液供給機構300それぞれにおいて、一方のポンプ(例えば、シリンジポンプ11、31)が液送している際に、他方のポンプ(シリンジポンプ12、32)が溶液を吸引加圧して待機する。液送している一方のポンプ(シリンジポンプ11、31)内の加圧した溶液が空になったタイミングで、ポンプを切り替え、今度は、他方のポンプ(シリンジポンプ12、32)により液送を開始する。これにより連続で圧力と流量を一定にして、第1溶液供給機構100、第2溶液供給機構300から押出成形機200へ第1及び第2溶液を液送する(供給する)ことが可能となり、押出成形機200はナノ粒子を含有する第1の成形体を連続成形することができる。
In each of the first
(c)下流側シール機構
押出成形機200に備えられる下流側シール機構S2について説明する。本実施例では、下流側シール機構S2として、以下に説明するバネを介してスクリュ20の外周面に設けられるシールリング60を含むシール機構を用いた。
(C) Downstream side sealing mechanism The downstream side sealing mechanism S2 provided in the
本実施例のスクリュ20は、図2に示すように、高圧混練ゾーン22と減圧ゾーン23との境界領域において、この境界領域と隣接する領域に比べて縮径された縮径部50を有している(図3参照)。そして、縮径部50には、縮径部50の範囲で軸方向(前後方向)に移動可能となるように遊嵌状態で下流側シールリング60が外嵌している。これら縮径部50と下流側シールリング60とで、下流側シール機構S2が構成されている。
As shown in FIG. 2, the
スクリュ20において、縮径部50の下流側には、減圧ゾーン23に位置する下流スクリュ部51が隣接して設けられており、下流クリュ部51は縮径部50より直径が大きいため、縮径部50と連続する端面51aを有する。端面51aには、4か所の孔51bが形成され、それぞれの孔51bの中にはバネピストン61が配置されている。バネピストン61は、孔51bの中に配置される複数の皿バネ63と、孔51bの中で皿バネ63と接触し、且つ一部が孔51bから突出するように配置されるリング64と、皿バネ63とリング64を貫通する軸62から形成される。図3(a)に示すように、バネピストン61のリング64は、下流側シールリング60と接触しており、下流側シールリング60を上流方向(図3(a)において矢印で示す方向)に付勢している。その結果、シールリング60の内壁60aと、縮径部50の外周面50aが当接し、高圧混練ゾーン22と減圧ゾーン23との連通が遮断される。
In the
次に、下流側シール機構S2の動作について説明する。スクリュ20が正回転することで、溶融樹脂は上流から下流へ流動する。その結果、高圧混練ゾーン22に滞留する溶融樹脂は、下流側シールリング60を下流方向へ押す。しかし、図3(a)に示すように、バネピストン61により下流側シールリング60は上流方向に付勢され、高圧混練ゾーン22と減圧ゾーン23との連通が遮断されるため、溶融樹脂は高圧混練ゾーン22から減圧ゾーン23へ流動できない。
Next, the operation of the downstream seal mechanism S2 will be described. As the
更に、スクリュ20が正回転すると、高圧混練ゾーン22と減圧ゾーン23との連通が遮断された状態のまま、溶融樹脂が可塑化ゾーン21から高圧混練ゾーン22へ流動し続け、高圧混練ゾーン22の圧力が上昇する。高圧混練ゾーン22の圧力が所定の圧力以上になると、下流側シールリング60は溶融樹脂に下流方向へ押され移動し始める。これにより、図3(b)に示すように、下流側シールリング60の内壁60aと、縮径部50の外周面50aが離間し、隙間Gが開口し、隙間Gを通って溶融樹脂が高圧混練ゾーン22から減圧ゾーン23へ移動可能となる。
Further, when the
下流側シール機構S2は、下流側シール機構S2の上流の高圧混練ゾーン22の溶融樹脂(本実施例においては、溶融樹脂と、第1溶液と、第2溶液との混合物)の圧力を高め、圧力変動の少ない高圧力(第1の圧力)に維持することができる。以下に、下流側シール機構S2を用いた溶融樹脂の圧力の調整方法を説明する。まず、下流側シール機構S2により、高圧混練ゾーン22と減圧ゾーン23との連通を遮断した状態で、スクリュ20を正回転する。上流側シール機構S1により、高圧混練ゾーン22から可塑化ゾーン21への逆流は抑制されるため、可塑化ゾーン21から高圧混練ゾーン22へ溶融樹脂は流動し続け、高圧混練ゾーン22の圧力が上昇する。スクリュを正回転することにより、高圧混練ゾーン22における溶融樹脂の圧力が更に上昇して所定の圧力以上になると、下流側シール機構S2により、高圧混練ゾーン22と減圧ゾーン23とが連通し、溶融樹脂は下流の減圧ゾーン23へ流動する。溶融樹脂が下流の減圧ゾーン23へ流動すると、高圧混練ゾーン22の圧力は低下し始め、そして、高圧混練ゾーン22の圧力が所定の圧力以下になると、再び下流側シール機構S2により、高圧混練ゾーン22と減圧ゾーン23との連通が遮断される。スクリュは正回転するため、再び高圧混練ゾーン22の圧力は上昇し、そして、所定の圧力以上になると、下流側シール機構S2により、高圧混練ゾーン22と減圧ゾーン23とが再び連通し、溶融樹脂は下流の減圧ゾーン23へ流動する。このように、高圧混練ゾーン22の圧力に応じて、下流側シール機構S2が高圧混練ゾーン22と減圧ゾーン23との連通と遮断を繰り返す。この結果、高圧混練ゾーン22における溶融樹脂の圧力を圧力変動の少ない高圧力(第1の圧力)に維持することができる。
The downstream seal mechanism S2 increases the pressure of the molten resin (in this embodiment, a mixture of the molten resin, the first solution, and the second solution) in the high-
(2)第1の成形体の製造
以上説明した図2に示す製造装置1000を用いて、第1の成形体を製造した。
(2) Manufacture of the 1st molded object The 1st molded object was manufactured using the
(a)第1溶液及び第2溶液の調製
PVP(親水性ポリマー)46.3gにエタノール(第1の溶媒)600gを加えて撹拌し、完全に溶解させた。この溶液に、更にエタノールを加えて全量を1Lとした。これにより、溶液中のPVP濃度が、46.3g/Lである第1溶液Aを調製した。調製した第1溶液Aを第1溶液供給機構100の第1溶液収容容器10内に設置した。
(A) Preparation of first solution and second solution To 46.3 g of PVP (hydrophilic polymer), 600 g of ethanol (first solvent) was added and stirred for complete dissolution. Ethanol was further added to this solution to make the total volume 1L. Thereby, the 1st solution A whose PVP density | concentration in a solution is 46.3 g / L was prepared. The prepared first solution A was placed in the first
次に、第2溶液供給機構300において、第2溶液を調製した。まず、図示しないヒーターにより、二酸化炭素ボンベ37を35℃に加温し、二酸化炭素の圧力を9MPaに加圧して、ストレージタンク30へ10kgの二酸化炭素を供給した。
Next, the second solution was prepared in the second
図示しない温度制御機構により、ストレージタンク30内の二酸化炭素を20℃、5.7MPaの気液混合状態に制御した。具体的には、20℃に調整した図示しないヒーターにより、二酸化炭素の液相を加温し、10℃のチラーに接続する図示しない熱交換機により、二酸化炭素の気相を冷却した。二酸化炭素の圧力が5.7MPaから0.1MPa上昇した場合は、図示しない熱交換機において、自動電磁弁が開きチラーの冷却水を熱交換器に流して気相を冷却して二酸化炭素の圧力を下げた。反対に、二酸化炭素の圧力が5.7MPaから0.1MPa低下した場合には、冷却水の熱交換機への流入を停止した。これにより、ストレージタンク30内の二酸化炭素の圧力を5.7±0.1MPaに制御した。空のストレージタンク30に10kgの二酸化炭素を供給した本実施例では、気化する二酸化炭素量が多いため、ストレージタンク30の液体二酸化炭素は3kgであった。
The carbon dioxide in the
次に、第2溶液供給機構300の金属塩溶解槽39内に、パラジウム錯体(金属塩)110gを設置した。そして、二酸化炭素ボンベ37から、ストレージタンク30へ、パラジウム錯体が配置された金属塩溶解槽39を介して、二酸化炭素6kgを再供給した。これにより、金属塩溶解槽39内に配置されたパラジウム錯体は二酸化炭素に溶解し、二酸化炭素と共にストレージタンク30内へ供給され、ストレージタンク30中に、パラジウム錯体(金属塩)と液体二酸化炭素(第2の溶媒)からなる第2溶液Bが調製された。ストレージタンク30内の二酸化炭素は、20℃、5.7MPaの気液混合状態に制御され、二酸化炭素の全量16kg中、液体二酸化炭素は、11kg、14.2Lであった。したがって、ストレージタンク30中の第2溶液において、パラジウム錯体の液体二酸化炭素に対する濃度は、1重量%(7.7g/L)であった。
Next, 110 g of palladium complex (metal salt) was placed in the metal
(b)第1の成形体の製造
第1溶液A及び第2溶液Bを15MPaに昇圧した。第1溶液供給機構100においては、第1溶液収容容器10内の第1溶液Aをシリンジポンプ11により吸引後、15MPaに昇圧した。第2溶液供給機構300においては、液体二酸化炭素の気化を抑制するため、まず、シリンジポンプ31、32を10℃に冷却した。次に、バルブ41を開いて、第2溶液Bをシリンジポンプ31により吸引後、15MPaに昇圧した。これにより、液体二酸化炭素の密度及びパラジウム錯体の溶解濃度が約23%上昇し、第2溶液において、パラジウム錯体の液体二酸化炭素に対する濃度は、9.6g/Lとなった。
(B) Production of first molded body The first solution A and the second solution B were pressurized to 15 MPa. In the first
第1溶液A及び第2溶液Bを昇圧後、シリンジポンプ11、31を流量制御に切り替え、第1溶液A及び第2溶液Bを可塑化シリンダ210へ送液した。第1溶液及び第2溶液は、背圧弁250の手前(上流側)で混合されて混合溶液となった。混合溶液の可塑化シリンダ210への導入圧力は、背圧弁250により、15MPa(第2の圧力)に調整した。これにより、可塑化シリンダ210内に流体を導入する導入バルブ212までの系内を混合溶液により加圧した。
After boosting the first solution A and the second solution B, the syringe pumps 11 and 31 were switched to flow control, and the first solution A and the second solution B were fed to the
次に、押出成形機200において、バンドヒータ220により、可塑化ゾーン21を190℃、高圧混練ゾーン22を120℃、減圧ゾーン23を170℃、再可塑化ゾーン24を170℃に調整した。そして、押出成形機200において、樹脂供給用ホッパ211から第1の熱可塑性樹脂を供給し、スクリュ20を正回転させた。これにより、該熱可塑性樹脂を加熱、混練し、溶融樹脂とした。スクリュ20を正回転することにより、溶融樹脂を可塑化ゾーン21から高圧混練ゾーン22に流動させた。上流側に上流側シール機構S1、下流側に下流側シール機構S2が設けられている高圧混練ゾーン22において、混合流体が導入される前の溶融樹脂の圧力を14±1MPaに調整した。
Next, in the
次に、導入バルブ212を開放して、シリンジポンプ11、31により、第1溶液及び第2溶液の混合溶液を高圧混練ゾーン22に一定流量で導入した。第1溶液の流量は、12mL/分とし、第2溶液の流量は、流量8.7mL/分とした。第1溶液供給機構100では、シリンジポンプ11と、シリンジポンプ12とを用いて交互に送液を行うことで、可塑化シリンダ210へ第1溶液を連続供給した。同様に、第1溶液供給機構300では、シリンジポンプ31と、シリンジポンプ32とを用いて交互に送液を行うことで、可塑化シリンダ210へ第2溶液を連続供給した。尚、ストレージタンク30では、第2溶液Bの液量が減るに伴って、二酸化炭素の気液平衡状態を保つために、液体二酸化炭素の一部がガス化して、パラジウム錯体濃度が高くなる。このため、第2溶液Bの消費に合わせて、ストレージタンク30へ、二酸化炭素ボンベ37から二酸化炭素を定期的に自動補給し、第2溶液B中のパラジウム錯体の濃度を安定化させた。
Next, the
スクリュ20を正回転することにより、高圧混練ゾーン22において、溶融樹脂に混合溶液を混合し、混合物とした。本導入バルブ212直下に設けた圧力センサ(不図示)のモニターした可塑化シリンダ210の内部の圧力は、流体の導入後は、図5に示すように、9.0±1.5MPaと安定であった。即ち、本実施例では、高圧混練ゾーン22において、溶融樹脂と、第1溶液と、第2溶液とを連続的に混合し、連続的な混合の間、溶融樹脂と、第1溶液と、第2溶液との混合物の圧力を9.0±1.5MPaの第1の圧力に調整し、溶融樹脂中において、ナノ粒子を生成させた。
By rotating the
更に、スクリュ20を正回転することにより、高圧混練ゾーン22を9.0±1.5MPa(第1の圧力)に保持した状態で、溶融樹脂を減圧ゾーン23へ流動させた。減圧ゾーン23は大気圧に設定し、減圧ゾーン23へ流動した溶融樹脂から第1の溶媒及び第2の溶媒をガス化させて分離した。ガス化した第1の溶媒及び第2の溶媒は、真空ポンプPにより吸引されてベント203から可塑化シリンダ210の外部へ排出され、真空ポンプPに接続する図示しない回収容器に回収された。
Further, by rotating the
スクリュ20を回転することにより、第1及び第2の溶媒を分離した溶融樹脂を更に下流の再可塑化ゾーン24へ流動させ、その後、可塑化シリンダ210の先端に設けられたダイ29から紐状に押し出し、ナノ粒子を含有した第1の成形体を得た。
By rotating the
尚、本実施例においては、可塑化スクリュ20の回転数は、100rpmとし、ダイ29からの溶融樹脂の吐出量は、2.5kg/hrとした。溶液中のPVP濃度が、46.3g/Lである第1溶液を12mL/分で溶融樹脂に供給したことから、溶融樹脂に対するPVPの供給量は、約1.3重量%である。また、パラジウム錯体の液体二酸化炭素に対する濃度が、9.6g/Lの第2溶液を8.7mL/分で溶融樹脂に供給したことから、溶融樹脂に対するパラジウム錯体の供給量は約2000重量ppmであり、溶融樹脂に対する金属パラジウムの供給量は、約400重量ppmである。以上から、PVPに対する金属パラジウムの比率は、約3重量%である。
In this embodiment, the number of rotations of the
(3)樹脂ペレットの製造
得られた紐状の押出成形物(第1の成形体)を図示しない水槽を通過させ、その後、図示しないストランドカット装置にて連続的に切断して樹脂ペレットを製造した。
(3) Manufacture of resin pellets The obtained string-like extrudate (first molded body) is passed through a water tank (not shown), and then continuously cut with a strand cutting device (not shown) to produce resin pellets. did.
(4)樹脂ペレットの評価
本実施例において製造した樹脂ペレットを目視により観察した。樹脂ペレットは、黒色化しており、これは、樹脂ペレットに分散するパラジウムのナノ粒子による色と推測される。また、目視では、樹脂ペレット中に凝集物は見られなかった。
(4) Evaluation of resin pellets The resin pellets produced in this example were visually observed. The resin pellets are blackened, and this is presumed to be due to the color of the palladium nanoparticles dispersed in the resin pellets. Further, visually, no aggregate was found in the resin pellet.
ペレットの断面をTEM(透過型電子顕微鏡)により観察した。図6(a)のTEM写真に示すように、樹脂ペレットの断面には、第1の熱可塑性樹脂からなるマトリックス(海)1中に、親水性ポリマーのドメイン(島)2が存在するマトリックス−ドメイン構造(海−島構造)が観察された。そして、図6(b)のTEM写真に示すように、親水性ポリマーのドメイン(島)2の中は、複数のナノ粒子3が確認された。ナノ粒子3は、大部分が親水性ポリマーのドメイン(島)2の中に存在しており、第1の熱可塑性樹脂からなるマトリックス(海)1中に存在するナノ粒子3は僅かであった。TEMで観察されたナノ粒子3は、凝集せずに孤立分散していた。また、TEM写真において確認できる粒子径が数ナノ程度(10nm以下)の粒子の他に、親水性ポリマーのドメイン(島)2の中には、TEMの測定限界以下の粒子径1nm以下のナノ粒子が多く存在することが、TEM写真のコントラストからわかった。このような樹脂ペレットの構造から、親水性ポリマーの存在下でナノ粒子が生成され、そのために、ナノ粒子は凝集が抑制され微粒子化したと推測される。
The cross section of the pellet was observed with a TEM (transmission electron microscope). As shown in the TEM photograph of FIG. 6A, in the cross section of the resin pellet, a matrix in which a hydrophilic polymer domain (island) 2 exists in a matrix (sea) 1 made of the first thermoplastic resin- Domain structure (sea-island structure) was observed. And as shown in the TEM photograph of FIG.6 (b),
次に、樹脂ペレットに含有されるパラジウム量をICP−MS(誘導結合プラズマ質量分析計)により測定した。その結果、樹脂ペレット中のパラジウムの含有量は385重量ppmであり、原料として用いたパラジウムのほぼ全量を樹脂ペレット中に導入できたことが確認できた。 Next, the amount of palladium contained in the resin pellets was measured by ICP-MS (inductively coupled plasma mass spectrometer). As a result, the content of palladium in the resin pellet was 385 ppm by weight, and it was confirmed that almost the entire amount of palladium used as a raw material could be introduced into the resin pellet.
本実施例では、樹脂ペレットについて評価したが、樹脂ペレットは第1の成形体を裁断して得たものであるので、第1の成形体も樹脂ペレットと同様の評価結果を得られる。即ち、第1の成形体は、その内部に、樹脂ペレットと同様のマトリックス−ドメイン構造を有し、含有されるナノ粒子の粒子径及び含有量は、樹脂ペレットのそれらと同様である。 In this example, the resin pellets were evaluated. However, since the resin pellets were obtained by cutting the first molded body, the first molded body can obtain the same evaluation results as the resin pellets. That is, the 1st molded object has the matrix-domain structure similar to a resin pellet in the inside, and the particle diameter and content of the nanoparticle to contain are the same as those of a resin pellet.
(5)第2の成形体の製造
製造した樹脂ペレットと共に、ナノ粒子を含有しない第2の熱可塑性樹脂を用いて、ナノ粒子を含有する第2の成形体を製造した。樹脂ペレット10重量%、ABS樹脂(第2の熱可塑性樹脂)50重量%、ABS樹脂とPAのアロイ樹脂(第2の熱可塑性樹脂)40重量%の比率で混合し、成形機として、汎用の射出成形機(日本製鋼所製、J180AD−300H)を用いて、40cm×60cm×0.3cmの板状の成形体(第2の成形体)を成形した。成形温度は、260℃とした。尚、本実施例で、第2の樹脂として用いたABS樹脂とポリアミド(PA)とのアロイ樹脂は、6ナイロン成分を含み、それにより、第2の成形体のメッキ液に対する濡れ性を向上させる。
(5) Manufacture of 2nd molded object The 2nd molded object containing a nanoparticle was manufactured using the 2nd thermoplastic resin which does not contain a nanoparticle with the manufactured resin pellet. The resin pellets are mixed at a ratio of 10% by weight, ABS resin (second thermoplastic resin) 50% by weight, and ABS resin and PA alloy resin (second thermoplastic resin) 40% by weight. A 40 cm × 60 cm × 0.3 cm plate-shaped molded body (second molded body) was molded using an injection molding machine (manufactured by Nippon Steel Works, J180AD-300H). The molding temperature was 260 ° C. In this example, the alloy resin of ABS resin and polyamide (PA) used as the second resin contains 6 nylon components, thereby improving the wettability of the second molded body to the plating solution. .
(6)無電解メッキ
メッキ前処理として、第2の成形体を常温の2.5Nの塩酸に5分間浸漬した後、70℃の1,3−ブタンジオール75体積%水溶液に10分間浸漬した。その後、80℃の無電解ニッケルリンメッキ液(カニゼン製、SE−666)中に第2の成形体を浸漬した。メッキ液浸漬後1分後にメッキ反応が開始され、5分後に無電解メッキ膜が第2の成形体の全表面に均一に形成された。メッキ膜に割れや膨れ等の欠陥は生じなかった。
(6) Electroless plating As a plating pretreatment, the second molded body was immersed in 2.5N hydrochloric acid at room temperature for 5 minutes, and then immersed in a 75 volume% aqueous solution of 1,3-butanediol at 70 ° C. for 10 minutes. Thereafter, the second molded body was immersed in an electroless nickel phosphorus plating solution (manufactured by Kanigen, SE-666) at 80 ° C. The plating reaction started 1 minute after immersion of the plating solution, and after 5 minutes, the electroless plating film was uniformly formed on the entire surface of the second molded body. Defects such as cracks and blisters did not occur in the plated film.
本実施例では、第2の熱可塑性樹脂としてABS樹脂を用いているのにもかかわらず、得られた成形体に含まれるナノ粒子(パラジウム粒子)は触媒活性を失わず、成形体表面に均一なメッキ膜を形成することができた。これは、親水性ポリマーが熱分解することなく金属粒子を被覆し、成形時にABS樹脂から発生される揮発性ガスからナノ粒子を保護したためと推測される。 In this example, although the ABS resin is used as the second thermoplastic resin, the nanoparticles (palladium particles) contained in the obtained molded body do not lose catalytic activity and are uniformly formed on the surface of the molded body. A successful plating film could be formed. This is presumably because the hydrophilic polymer covered the metal particles without being thermally decomposed, and the nanoparticles were protected from the volatile gas generated from the ABS resin during molding.
[実施例2]
本実施例では、第2の成形体の製造において、実施例1で製造した樹脂ペレット3重量%、ABS樹脂(第2の熱可塑性樹脂)50重量%、ABS樹脂とPAのアロイ樹脂(第2の熱可塑性樹脂)47重量%の比率で混合した以外は、実施例1と同様の方法により、ナノ粒子を含む第2の成形体を製造し、第2の成形体に無電解メッキ膜を形成した。
[Example 2]
In this example, in the production of the second molded body, 3% by weight of the resin pellets produced in Example 1, 50% by weight of the ABS resin (second thermoplastic resin), an alloy resin of ABS resin and PA (second product). The second molded body containing nanoparticles was produced by the same method as in Example 1 except that the mixture was mixed at a ratio of 47% by weight, and an electroless plated film was formed on the second molded body. did.
本実施例では、第2の成形体のメッキ液浸漬後3分後にメッキ反応が開始され、15分後に無電解メッキ膜が第2の成形体の全表面に均一に形成された。メッキ膜に割れや膨れ等の欠陥は生じなかった。 In this example, the plating reaction was started 3 minutes after immersion of the second molded body in the plating solution, and after 15 minutes, the electroless plating film was uniformly formed on the entire surface of the second molded body. Defects such as cracks and blisters did not occur in the plated film.
[比較例1]
ナノ粒子を溶融樹脂中で生成して第1の成形体を製造する代わりに、本比較例では、図7に示す成形機4000を用いて、第1溶液及び第2溶液からナノ粒子を製造し、製造したナノ粒子を第1の熱可塑性樹脂に混合して、紐状の第1の成形体を押出成形した。それ以外は、実施例1と同様の方法を用いて、樹脂ペレットを製造し、樹脂ペレットと第2の熱可塑性樹脂から第2の成形体を製造し、更に、第2の成形体の表面にメッキ膜を形成した。
[Comparative Example 1]
Instead of producing the first molded body by producing the nanoparticles in the molten resin, in this comparative example, the
本比較例では、親水性ポリマーとしてポリ(2-ビニルピリジン)(シグマアルドリッチ製、分子量40000)を用い、第1の溶媒としてエタノールを用いて第1溶液を調製し、金属塩としてパラジウム錯体であるヘキサフルオロアセチルアセトナトパラジウム(II)を用い、第2の溶媒としてn−ヘキサンを用いて第2溶液を調製した。合成したナノ粒子を混合する第1の熱可塑性樹脂として、親水性セグメントを有するブロック共重合体(三洋化成工業製、ペレスタット300)を用い、第2の熱可塑性樹脂としては、ABS樹脂(東レ製、トヨラック125X82)を用いた。 In this comparative example, poly (2-vinylpyridine) (manufactured by Sigma-Aldrich, molecular weight 40000) is used as the hydrophilic polymer, ethanol is used as the first solvent, and a palladium complex is used as the metal salt. A second solution was prepared using hexafluoroacetylacetonato palladium (II) and n-hexane as the second solvent. A block copolymer having a hydrophilic segment (manufactured by Sanyo Chemical Industries, Pelestat 300) is used as the first thermoplastic resin for mixing the synthesized nanoparticles, and an ABS resin (manufactured by Toray Industries, Inc.) is used as the second thermoplastic resin. Toyolac 125X82) was used.
(1)ナノ粒子の製造
(a)ナノ粒子製造装置
本比較例に用いたナノ粒子製造装置4000について説明する。図7に示すように、ナノ粒子製造装置4000は、第1溶液供給機構700、第2溶液供給機構800、ナノ粒子合成部900及びナノ粒子回収部950から構成される。
(1) Production of nanoparticles (a) Nanoparticle production apparatus The
第1及び第2溶液供給機構700、800は、逆止弁77、87を介してナノ粒子合成部900に接続しており、それぞれ、第1溶液、第2溶液をナノ粒子合成部900に供給する。第1溶液供給機構700は、第1溶液が調製される第1溶液供給容器70と、第1溶液供給容器70から第1溶液を吸引後、所定の圧力に昇圧し、更に流量一定で液送可能な2つのシリンジポンプ71、72と、配管に配置される2つの吸引用エアー自動バルブ73、74と、2つの液送用エアー自動バルブ75、76から構成される。第2溶液供給機構800も、第1溶液供給機構700と同様の構成であり、第2溶液が調製される第2溶液供給容器80と、第2溶液供給容器80から第2溶液を吸引後、所定の圧力に昇圧する2つのシリンジポンプ81、82と、配管に配置される2つの吸引用エアー自動バルブ83、84と、2つの液送用エアー自動バルブ85、86から構成される。第1及び第2溶液供給機構700、800は、流量制御及び圧力制御が可能なシリンジポンプ71、72、81、82を有するので、流量及び圧力を所定量に制御した第1及び第2溶液をナノ粒子合成部900へ送ることができる。シリンジポンプ71、72、81、82は、吸引用エアー自動バルブ73、74、83、84を開放して溶液をシリンジポンプ内に吸引した後、前記バルブを閉鎖して加圧して所定圧力に保つ。液送する際は、液送用エアー自動バルブ75、76、85、86を開放し、シリンジポンプのシリンジを一定速度で押し込むことで流量一定で液送することができる。流量制御で加圧流体を流動させる際の圧力は、経路末端の背圧弁99にて調整する。第1及び第2溶液供給機構700、800それぞれにおいて、一方のポンプ(例えば、シリンジポンプ71、81)が液送している際に、他方のポンプ(シリンジポンプ72、82)が溶液を吸引加圧して待機する。液送している一方のポンプ(シリンジポンプ71、81)内の加圧した溶液が空になったタイミングで、ポンプを切り替え、今度は、他方のポンプ(シリンジポンプ72、82)により液送を開始する。これにより連続で圧力と流量を一定にして、第1及び第2溶液供給機構700、800からナノ粒子合成部900へ第1及び第2溶液を液送する(供給する)ことが可能となり、ナノ粒子製造装置4000はナノ粒子を連続製造することができる。尚、第2溶液供給容器80は、加圧二酸化炭素等の高圧流体も収容可能なように高圧密閉容器を用いた。
The first and second
ナノ粒子合成部900は、上述のように第1及び第2溶液供給機構700、800と接続すると共に、圧力計98、背圧弁99を介してナノ粒子回収部950へも接続する。ナノ粒子合成部900は、第1及び第2溶液供給機構700、800から供給される第1溶液と第2溶液とを混合して混合溶液を調製した後、混合溶液内でナノ粒子を合成し、合成したナノ粒子を含む混合溶液をナノ粒子回収部950へ送る。ナノ粒子合成部900は、内壁に配管91を螺旋状に這わせた筒状の電気炉90と、筒状の電気炉90の入口90a側、即ち、第1及び第2溶液供給機構700、800側に配置された冷却用二重配管92と、筒状の電気炉90の出口90b側、つまりナノ粒子回収部950側に配置された冷却用二重配管93とから構成される。第1及び第2溶液供給機構700、800から供給された第1及び第2溶液は、合流点94において合流、混合され混合溶液となった後、冷却用二重配管92、電気炉90内の螺旋状の配管91、冷却用二重配管93を流通し、ナノ粒子回収部950へ送られる。尚、ナノ粒子製造装置4000では、電気炉90内の配管91、冷却用二重配管92、93を含む混合溶液が流通する全ての配管(管)には、肉厚0.5mm(0.02インチ)、外径1.58mm(1/16インチ)のSUS316の配管を用いた。電気炉90内の配管91の長さは約2mとし、配管91の内容積、つまりナノ粒子の合成反応場の容積は、約0.51cm3とした。
The
ナノ粒子回収部950は、遠心分離により気体と液体とを分離するサイクロン95と、気体を分離された溶液が回収される回収容器96から構成される。第2の溶媒として加圧二酸化炭素等の高圧容器を用いた場合に、第2の溶媒はサイクロン95により混合溶液から除去される。本比較例では、第2の溶媒に加圧二酸化炭素は用いていないので、サイクロン95は用いず、合成されたナノ粒子を含む混合溶液は、そのまま回収容器96に回収された。
The
(b)ナノ粒子の製造
第1溶液供給容器70内で、第1の溶媒であるエタノールに親水性ポリマーであるポリ(2-ビニルピリジン)を溶解し、第1溶液を調製した。第1溶液中のポリ(2-ビニルピリジン)濃度は、3g/Lとした。第2溶液供給容器80内で、第2の溶媒であるn−ヘキサンに金属粒子の前駆体としてパラジウム錯体を溶解し、第2溶液を調製した。第2溶液中のパラジウム錯体濃度は、800mg/Lとした。このとき、第2溶液の色は、パラジウム錯体に起因する黄色であった。
(B) Production of Nanoparticles In the first
次に、第1溶液供給機構700において、吸引用エアー自動バルブ73を開放し、シリンジポンプ71内に第1溶液を吸引し、圧力20MPaに加圧した。同様に、第2溶液供給機構800において、吸引用エアー自動バルブ83を開放し、シリンジポンプ81内に第2溶液を吸引し、圧力20MPaに加圧した。このとき、シリンジポンプ71、81内の温度は常温(25℃)とした。
Next, in the first
次に、液送用エアー自動バルブ75、85を開放して、第1及び第2溶液を共にナノ粒子合成部900へ液送した。第1及び第2溶液は、逆止弁77、87を経由し、合流点94において合流し、混合され、圧力10MPaの混合溶液となった。第1溶液、第2溶液が、体積比1:1で混合するようにシリンジポンプ71、81を制御し、更に、冷却用二重配管92、電気炉90内の配管91、冷却用二重配管93を経て、背圧弁99まで、圧力10MPaの混合溶液で満たした。このとき、電気炉90の温度は、200℃に制御し、冷却用二重配管92、93には20℃の冷却水を通水し、背圧弁99は事前に圧力計98の表示が10MPaとなるように制御した。
Next, the liquid
次に、シリンジポンプ71、81を流量制御に切り替え、流速1ml/min.で混合溶液を配管内に流通させた。シリンジポンプ71、81の流量制御開始1分後に、サイクロン95下部から、混合溶液は黒色の液体として回収容器96内に滴下された。回収された混合溶液の色から、原料のパラジウム錯体が、分解還元されパラジウムとなったと推察される。
Next, the syringe pumps 71 and 81 are switched to flow control, and a flow rate of 1 ml / min. The mixed solution was circulated in the pipe. One minute after starting the flow control of the syringe pumps 71 and 81, the mixed solution was dropped into the
本比較例で回収された混合溶液(黒色の溶液)からエバポレータにより、エタノール(第1の溶媒)とn−ヘキサン(第2の溶媒)を除去し、黒色の粉体が得られた。 Ethanol (first solvent) and n-hexane (second solvent) were removed from the mixed solution (black solution) collected in this comparative example by an evaporator to obtain a black powder.
(2)ナノ粒子の評価
得られたナノ粒子を、エタノール中に投入し、エタノールへの分散性を評価した。ナノ粒子は、沈降することなく、エタノールに対して良好な分散性を示した。この結果から、得られたナノ粒子は親水性ポリマーに被覆されていると推測される。
(2) Evaluation of nanoparticle The obtained nanoparticle was thrown into ethanol and the dispersibility to ethanol was evaluated. The nanoparticles showed good dispersibility in ethanol without settling. From this result, it is surmised that the obtained nanoparticles were coated with a hydrophilic polymer.
次に、ナノ粒子をTEMにより観察した。ナノ粒子の粒子径は約3〜5nm程度で、一次粒子が凝集することなく単分散しており、平均粒子径は約4nmであった。ナノ粒子の平均粒子径は、ナノ粒子をTEM観察し、50〜100個の粒子の粒子径を測定して平均した値である。 Next, the nanoparticles were observed by TEM. The particle diameter of the nanoparticles was about 3 to 5 nm, the primary particles were monodispersed without agglomeration, and the average particle diameter was about 4 nm. The average particle diameter of the nanoparticles is a value obtained by observing the nanoparticles with a TEM and measuring the particle diameters of 50 to 100 particles and averaging them.
(3)第1の成形体の製造
合成したナノ粒子を第1の熱可塑性樹脂に混合して、ナノ粒子を含む第1の成形体を製造した。本比較例では、汎用の押出成形機(井元製作所製、単軸押出機)を用いて、押出成形機内で、ナノ粒子とブロック重合体とを200℃で混合、溶融させ、押出成形し、紐状の第1の成形体を得た。尚、ナノ粒子とブロック重合体(第1の熱可塑性樹脂)との混合比率は、樹脂ペレット中のナノ粒子の濃度が500ppmとなるように設定した。
(3) Manufacture of 1st molded object The synthesized nanoparticle was mixed with the 1st thermoplastic resin, and the 1st molded object containing a nanoparticle was manufactured. In this comparative example, using a general-purpose extruder (manufactured by Imoto Seisakusho Co., Ltd., single screw extruder), the nanoparticles and the block polymer are mixed and melted at 200 ° C. in the extruder, extruded, and stringed. A first molded body was obtained. In addition, the mixing ratio of the nanoparticles and the block polymer (first thermoplastic resin) was set so that the concentration of the nanoparticles in the resin pellet was 500 ppm.
(4)樹脂ペレットの製造
実施例1と同様の方法により、第1の成形体を裁断し、樹脂ペレットを得た。
(4) Production of resin pellets By the same method as in Example 1, the first molded body was cut to obtain resin pellets.
(5)第2の成形体の製造
製造した樹脂ペレット10重量%、ABS樹脂(第2の熱可塑性樹脂)90重量%の比率で混合し、実施例1と同様の汎用の射出成形機を用いて、同様の方法により、同様の板状の第2の成形体を製造した。
(5) Manufacture of 2nd molded object It mixes in the ratio of 10 weight% of manufactured resin pellets, and ABS resin (2nd thermoplastic resin) 90 weight%, and uses the same general purpose injection molding machine as Example 1. Thus, a similar plate-like second molded body was produced by the same method.
(6)無電解メッキ
製造した第2成形体に、実施例1と同用の方法により無電解メッキ膜を形成した。メッキ液浸漬後3分後にメッキ反応が開始され、10分後に無電解メッキ膜が第2の成形体の全表面に均一に形成された。メッキ膜に割れや膨れ等の欠陥は生じなかった。
(6) Electroless plating An electroless plating film was formed on the manufactured second molded body by the same method as in Example 1. The plating reaction started 3 minutes after immersion of the plating solution, and after 10 minutes, an electroless plating film was uniformly formed on the entire surface of the second molded body. Defects such as cracks and blisters did not occur in the plated film.
本比較例では、第2の熱可塑性樹脂としてABS樹脂を用いているのにもかかわらず、得られた成形体に含まれるナノ粒子(パラジウム粒子)は触媒活性を失わず、成形体表面に均一なメッキ膜を形成することができた。これは、親水性ポリマーが熱分解することなく金属粒子を被覆し、ABS樹脂から成形時に発生される揮発性ガスからナノ粒子を保護したためと推測される。 In this comparative example, although the ABS resin is used as the second thermoplastic resin, the nanoparticles (palladium particles) contained in the obtained molded body do not lose catalytic activity and are uniformly formed on the surface of the molded body. A successful plating film could be formed. This is presumed to be because the hydrophilic polymer covered the metal particles without being thermally decomposed, and the nanoparticles were protected from the volatile gas generated during molding from the ABS resin.
しかし、実施例1で製造したナノ粒子が粒子径1nm以下の粒子を含むのに対して、本比較例で製造したナノ粒子の粒子径は、約3〜5nm程度と実施例1と比較して大きかった。この為、無電解メッキ触媒としての活性も実施例1と比べるとやや低下し、そのため、実施例1と比べると無電解メッキに要する時間が長くなったと推測される。 However, the nanoparticles produced in Example 1 contain particles having a particle size of 1 nm or less, whereas the nanoparticles produced in this comparative example have a particle size of about 3 to 5 nm, which is compared with Example 1. It was big. For this reason, the activity as an electroless plating catalyst is slightly lowered as compared with Example 1, and therefore, it is presumed that the time required for electroless plating is increased as compared with Example 1.
[比較例2]
本比較例では、親水性ポリマー及び第1の溶媒を含む第1溶液を用いなかった以外は、実施例と同様の材料を用い、同様の方法により、第1の成形体を製造し、第1の成形体を裁断して樹脂ペレットを製造した。
[Comparative Example 2]
In this comparative example, except that the first solution containing the hydrophilic polymer and the first solvent was not used, the same material as in the example was used, and the first molded body was manufactured by the same method. The molded body was cut to produce resin pellets.
(1)樹脂ペレットの評価
本比較例において作製した樹脂ペレットを目視により観察した。樹脂ペレットは、黒色化しており、これは、樹脂ペレットに分散するパラジウムのナノ粒子による色と推測される。また、目視では、樹脂ペレット中に凝集物は見られなかった。
(1) Evaluation of resin pellet The resin pellet produced in this comparative example was observed visually. The resin pellets are blackened, and this is presumed to be due to the color of the palladium nanoparticles dispersed in the resin pellets. Further, visually, no aggregate was found in the resin pellet.
ペレットの断面をTEM(透過型電子顕微鏡)により観察した。図8のTEM写真に示すように、樹脂ペレットの断面には、第1の熱可塑性樹脂1の中に、ナノ粒子3が確認された。TEMで観察されたナノ粒子の粒子径は1nm以下であり、凝集せずに孤立分散していた。本比較例では、親水性樹脂を用いなかったため、親水性ポリマーのドメイン(島)は存在しなかった。
The cross section of the pellet was observed with a TEM (transmission electron microscope). As shown in the TEM photograph of FIG. 8,
次に、樹脂ペレットに含有されるパラジウム量をICP−MS(誘導結合プラズマ質量分析計)により測定した。その結果、樹脂ペレット中のパラジウムの含有量は380重量ppmであり、原料として用いたパラジウムのほぼ全量を樹脂ペレットに導入できたことが確認できた。 Next, the amount of palladium contained in the resin pellets was measured by ICP-MS (inductively coupled plasma mass spectrometer). As a result, the content of palladium in the resin pellet was 380 ppm by weight, and it was confirmed that almost the entire amount of palladium used as a raw material could be introduced into the resin pellet.
(2)第2の成形体の製造及び無電解メッキ
実施例1で製造した樹脂ペレットの代わりに、本比較例で製造した樹脂ペレットを用いた以外は、実施例と同様の材料を用い、同様の方法により、第2の成形体を製造した。更に、得られた第2の成形体に、実施例1と同様の方法により、メッキ前処理を行い、メッキ前処理を行った第2の成形体を無電解メッキ液に浸漬した。
(2) Production of second molded body and electroless plating The same materials as in Examples were used except that the resin pellets produced in this comparative example were used instead of the resin pellets produced in Example 1. A second molded body was produced by the method described above. Further, the obtained second molded body was subjected to pre-plating treatment in the same manner as in Example 1, and the second molded body subjected to the pre-plating treatment was immersed in an electroless plating solution.
しかし、本比較例で製造した第2の成形体には、メッキ膜が成長しなかった。この理由は、次のように推測される。第2の成形体の製造過程において、溶融状態の第2の樹脂からスチレンモノマー等の揮発ガスが発生し、パラジウムのナノ粒子に吸着した。そして、揮発ガスの吸着により、パラジウムが被毒され、無電解メッキ触媒活性が失活したと推測される。 However, the plating film did not grow on the second molded body produced in this comparative example. The reason is estimated as follows. In the manufacturing process of the second molded body, a volatile gas such as a styrene monomer was generated from the molten second resin and adsorbed on the palladium nanoparticles. And it is estimated that palladium was poisoned by the adsorption of volatile gas, and the electroless plating catalytic activity was deactivated.
以上説明した実施例1及び2では、親水性ポリマーとしてポリビニルピロリドン、第1の溶媒としてエタノール、第2の溶媒として液体二酸化炭素、金属塩としてパラジウム錯体を用いて、ナノ粒子を含む第1の成形体を製造したが、本発明はこれに限定されない。例えば、親水性ポリマーとしては、ポリ(2−ビニルピリジン)、ポリ(3−ビニルピリジン)、ポリ(4−ビニルピリジン)、ポリビニルピロリドン、ポリ(N−ビニルアセトアミド)、ポリ(ビニルアミン)及びポリビニルアルコールからなる群から選択される少なくとも一種を用いることができ、第1の溶媒としては、メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、1−ブタノール、2−ブタノール及び2−メチル−1−プロパノールからなる群から選択される少なくとも一種を用いることができる。これらの材料を用いても、実施例1及び2で得られたナノ粒子を含む第1の成形体、樹脂ペレット及び第2の成形体と同等の特性を有するものを製造できると推測される。 In Examples 1 and 2 described above, the first molding including nanoparticles using polyvinylpyrrolidone as the hydrophilic polymer, ethanol as the first solvent, liquid carbon dioxide as the second solvent, and palladium complex as the metal salt. Although the body was manufactured, this invention is not limited to this. For example, as the hydrophilic polymer, poly (2-vinylpyridine), poly (3-vinylpyridine), poly (4-vinylpyridine), polyvinylpyrrolidone, poly (N-vinylacetamide), poly (vinylamine) and polyvinyl alcohol And at least one selected from the group consisting of: methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, 1-butanol, 2-butanol and 2-methyl-1-propanol as the first solvent. At least one selected from the group can be used. Even if these materials are used, it is presumed that a product having the same characteristics as those of the first molded article, the resin pellet and the second molded article containing the nanoparticles obtained in Examples 1 and 2 can be produced.
本発明の成形体に含まれるナノ粒子は、高温の溶融樹脂と接触させても触媒活性が失活しない耐熱性を有し、高温下においても凝集せず、樹脂中への高い分散性を有する。したがって、本発明のナノ粒子を含む成形体では、成形体のメッキ反応性が高まり、生産性が向上する。 The nanoparticles contained in the molded article of the present invention have heat resistance that does not deactivate the catalytic activity even when brought into contact with a high-temperature molten resin, do not aggregate even at high temperatures, and have high dispersibility in the resin. . Therefore, in the molded body containing the nanoparticles of the present invention, the plating reactivity of the molded body is increased and the productivity is improved.
1 第1の熱可塑性樹脂からなるマトリックス(海)
2 親水性ポリマーのドメイン(島)
3 ナノ粒子
10 第1溶液収容容器
30 ストレージタンク
11、12、31、32 シリンジポンプ
13、14、33、34 吸引用エアー自動バルブ
15、16、35、36 液送用エアー自動バルブ
20 スクリュ
21 可塑化ゾーン
22 高圧混練ゾーン
23 減圧ゾーン
24 再可塑化ゾーン
S1 上流側シール機構
S2 下流側シール機構
100 第1溶液供給機構
200 押出成形機
210 可塑化シリンダ
300 第2溶液供給機構
1000 製造装置
1 Matrix made of the first thermoplastic resin (sea)
2 Domain (island) of hydrophilic polymer
3
Claims (29)
親水性ポリマーと第1の溶媒とを含む第1溶液を調製することと、
金属塩と第2の溶媒とを含む第2溶液を調製することと、
第1の熱可塑性樹脂を可塑化溶融して、溶融樹脂とすることと、
前記溶融樹脂に、第1溶液及び第2溶液を加えることによって、前記溶融樹脂内で前記金属塩からナノ粒子を生成することと、
前記ナノ粒子を含む前記溶融樹脂を所望の形状に成形することを含むことを特徴とする成形体の製造方法。 A method for producing a molded body, comprising:
Preparing a first solution comprising a hydrophilic polymer and a first solvent;
Preparing a second solution comprising a metal salt and a second solvent;
Plasticizing and melting the first thermoplastic resin to obtain a molten resin;
Generating nanoparticles from the metal salt in the molten resin by adding a first solution and a second solution to the molten resin;
The manufacturing method of the molded object characterized by including shape | molding the said molten resin containing the said nanoparticle in a desired shape.
第1溶液及び第2溶液を連続的に加える間、前記混合物の圧力を3〜40MPaの第1の圧力に調整することを特徴とする請求項1〜11のいずれか一項に記載の成形体の製造方法。 A first solution and a second solution are continuously added to the molten resin to form a mixture,
The molded body according to any one of claims 1 to 11, wherein the pressure of the mixture is adjusted to a first pressure of 3 to 40 MPa while the first solution and the second solution are continuously added. Manufacturing method.
第2の圧力に調整した第1溶液及び第2の溶液を前記溶融樹脂に加えることを特徴とする請求項12に記載の成形体の製造方法。 And adjusting the pressure of the first solution and the second solution to a second pressure higher than the first pressure,
The method for producing a molded body according to claim 12, wherein the first solution and the second solution adjusted to the second pressure are added to the molten resin.
請求項1〜14のいずれか一項に記載の成形体の製造方法によって、第1の成形体を製造することと、
第1の成形体を裁断することとを含むことを特徴とする樹脂ペレットの製造方法。 A method for producing resin pellets, comprising:
Manufacturing the first molded body by the method for manufacturing a molded body according to any one of claims 1 to 14,
Cutting the first molded body. A method for producing resin pellets, comprising: cutting the first molded body.
請求項15に記載の樹脂ペレットの製造方法により、樹脂ペレットを製造することと、
前記樹脂ペレットと第2の熱可塑性樹脂を用いて、前記ナノ粒子を含有する第2の成形体を製造することとを含むことを特徴とする成形体の製造方法。 A method for producing a molded body, comprising:
Producing resin pellets by the method for producing resin pellets according to claim 15;
The manufacturing method of the molded object characterized by including manufacturing the 2nd molded object containing the said nanoparticle using the said resin pellet and 2nd thermoplastic resin.
請求項16〜19のいずれか一項に記載の成形体の製造方法により第2の成形体を製造することと、
第2の成形体の表面に無電解メッキ膜を形成することを含むことを特徴とするメッキ膜を有する成形体の製造方法。 A method for producing a molded body having a plating film,
Producing a second molded body by the method for producing a molded body according to any one of claims 16 to 19, and
A method for producing a molded body having a plating film, comprising forming an electroless plating film on a surface of the second molded body.
熱可塑性樹脂と、
親水性ポリマーと、
ナノ粒子を含み、
前記成形体は、その内部に、前記熱可塑性樹脂からなるマトリックス中に、前記ナノ粒子を含有する前記親水性ポリマーのドメインが存在するマトリックス−ドメイン構造を有することを特徴とする成形体。 A molded body,
A thermoplastic resin;
A hydrophilic polymer;
Contains nanoparticles,
The molded body has a matrix-domain structure in which a domain of the hydrophilic polymer containing the nanoparticles is present in a matrix made of the thermoplastic resin.
請求項21〜28のいずれか一項に記載の成形体を裁断することによって製造されることを特徴とする樹脂ペレット。
Resin pellets,
A resin pellet produced by cutting the molded body according to any one of claims 21 to 28.
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